JP2008259891A - Ultrasonic diagnostic apparatus - Google Patents

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勝徳 浅房
Ryuichi Shinomura
隆一 篠村
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide ultrasonic diagnostic apparatus which forms two or more receiving beams in a wave front synchronous sampling phasing method. <P>SOLUTION: This ultrasonic diagnostic apparatus 1 provides a probe 10 which arranges two or more oscillators which send and receive an ultrasonic wave each between the oscillator and a subject, an AD conversion section 32a which synchronizes a received signal received by each oscillator with a sampling clock and converts it into a digital signal, a clock generation section 38 which is synchronized with a receiving wave front and generates the sampling clock, a phasing addition section which phases and adds the digital signal converted by the AD conversion section, and an image composition section which makes up an ultrasonic image from an added received signal. The phasing addition section performs phasing treatment on the digital signal of AD conversion in parallel based on preset two or more receiving beams. The digital signal on two or more receiving beams, where the phasing treatment is performed basis, is added. Two or more receiving beams are formed. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、超音波診断装置に係り、具体的には超音波受信信号を受信波面に同期させてデジタル整相する技術に関する。   The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus, and more particularly to a technique for digitally phasing an ultrasonic reception signal in synchronization with a reception wavefront.

超音波診断装置は、被検体との間で超音波を送受する複数の振動子を配列してなる探触子を有し、その探触子を介して被検体から発生する反射エコー信号を受信し、その受信信号をサンプリングしてデジタル信号としてAD変換し、変換された信号を整相加算して超音波画像を得る装置として知られている。   The ultrasonic diagnostic apparatus has a probe in which a plurality of transducers that transmit and receive ultrasonic waves to and from a subject are arranged, and receives reflected echo signals generated from the subject through the probe. The received signal is sampled and AD-converted as a digital signal, and the converted signal is phased and added to obtain an ultrasonic image.

このような超音波診断装置のサンプリング法として、波面同期サンプリング整相法が知られている。波面同期サンプリング整相法とは、超音波の送信周波数に基づいて複数のサンプリングクロックを生成し、生成されたサンプリングクロックにサンプリング周期以下の微少遅延をそれぞれ施して多相のサンプリングクロックを生成する。そして、その多相のサンプリングクロックから受信波面に同期したサンプリングクロックを選択して受信信号をデジタル信号に変換するものである。   As a sampling method of such an ultrasonic diagnostic apparatus, a wavefront synchronous sampling phasing method is known. In the wavefront synchronization sampling phasing method, a plurality of sampling clocks are generated based on the transmission frequency of ultrasonic waves, and a multi-phase sampling clock is generated by applying a small delay equal to or less than the sampling period to the generated sampling clock. A sampling clock synchronized with the reception wavefront is selected from the multiphase sampling clock, and the reception signal is converted into a digital signal.

この波面同期サンプリング整相法では、サンプリングクロックとして、複素信号化を簡単に行えるように、超音波の送信周波数の4n倍(nは自然数)に相当する周波数を有するものが用いられている。例えば、送信信号の中心周波数の4n倍の周波数を有するサンプリングクロックを生成し、そのサンプリングクロックにより受信周波数をサンプリングする。そして、サンプリングにより出力されたデータをnクロック分遅延することで容易に複素信号すなわち実数成分と虚数成分からなる信号を得て超音波画像を構成している(例えば、特許文献1参照)。   In this wavefront synchronization sampling phasing method, a sampling clock having a frequency corresponding to 4n times (n is a natural number) the ultrasonic transmission frequency is used so that complex signals can be easily formed. For example, a sampling clock having a frequency 4n times the center frequency of the transmission signal is generated, and the reception frequency is sampled by the sampling clock. Then, by delaying the data output by sampling by n clocks, a complex signal, that is, a signal composed of a real component and an imaginary component is easily obtained to construct an ultrasonic image (see, for example, Patent Document 1).

特開平9−224937号公報JP-A-9-224937

しかしながら、上記特許文献1のように、超音波の送信信号の中心周波数に基づいて生成されたサンプリングクロックで受信信号をサンプリングすると、サンプリングデータ間の位相差には所定の値に対してズレが生じることがある。例えば、超音波信号は被検体内を伝播するとき減衰してその周波数が変移する。このとき、周波数が変移したにもかかわらず、その受信信号を送信周波数の4倍の周波数を有するサンプリングクロックでサンプリングすると、出力されるデータ間には所望の位相差すなわち90°位相差に対してズレが生じる。そして、サンプリングデータを1クロック分遅延することで複素信号を抽出すると、抽出された複素信号には位相差のズレに起因して誤差が含まれる。その結果、超音波診断装置における空間分解能や感度が低下するおそれがある。   However, as in Patent Document 1, when the received signal is sampled with the sampling clock generated based on the center frequency of the ultrasonic transmission signal, the phase difference between the sampling data is shifted from a predetermined value. Sometimes. For example, the ultrasonic signal is attenuated when propagating through the subject, and its frequency changes. At this time, if the received signal is sampled with a sampling clock having a frequency four times the transmission frequency even though the frequency has changed, the output data has a desired phase difference, that is, a 90 ° phase difference. Deviation occurs. When a complex signal is extracted by delaying the sampling data by one clock, the extracted complex signal includes an error due to a phase difference shift. As a result, the spatial resolution and sensitivity of the ultrasonic diagnostic apparatus may be reduced.

本発明の目的は、波面同期サンプリング整相法において、超音波受信信号の整相精度を改善して空間分解能や感度を向上させることにある。   An object of the present invention is to improve the spatial resolution and sensitivity by improving the phasing accuracy of an ultrasonic reception signal in the wavefront synchronous sampling phasing method.

上記の目的を達成するため、本発明の超音波装置は、被検体との間で超音波を送受する複数の振動子を配列してなる探触子と、各振動子により受信された受信信号をサンプリングクロックに同期してデジタル信号に変換するAD変換部と、受信波面に同期させたサンプリングクロックを生成するクロック生成部と、AD変換部により変換されたデジタル信号を整相して加算する整相加算部と、加算された受信信号から超音波画像を構成する画像構成部とを備え、クロック生成部は、サンプリングクロックを受信信号の周波数に基づいて生成する手段を含んで構成される。   In order to achieve the above object, an ultrasonic apparatus of the present invention includes a probe formed by arranging a plurality of transducers that transmit and receive ultrasonic waves to and from a subject, and a reception signal received by each transducer. An AD converter that converts the signal into a digital signal in synchronization with the sampling clock, a clock generator that generates a sampling clock that is synchronized with the received wavefront, and a phasing of the digital signal converted by the AD converter A phase addition unit and an image configuration unit that configures an ultrasonic image from the added reception signal are included, and the clock generation unit includes a unit that generates a sampling clock based on the frequency of the reception signal.

これによれば、超音波が被検体内の媒体を伝播してその周波数帯域が変移するとき、その周波数の変移に追従してサンプリングクロックをクロック生成部により生成することができる。したがって、媒体内で超音波の周波数が変移したとしても、受信信号をAD変換部により所望のサンプリング周波数でサンプリングを行うことができる。それゆえ、サンプリングデータにおいて複素の関係を有するデータ間の位相差を所定の値例えば90°に精度よく合わせることができるので、誤差の少ない複素信号を得ることが可能になる。その結果、送信周波数に基づいてサンプリングクロックが生成される場合に比べ、受信周波数を整相するための位相精度を改善することができ、超音波診断装置における空間分解能や感度を向上させることができる。   According to this, when the ultrasonic wave propagates through the medium in the subject and the frequency band changes, the sampling clock can be generated by the clock generation unit following the frequency change. Therefore, even if the frequency of the ultrasonic wave changes in the medium, the received signal can be sampled at a desired sampling frequency by the AD converter. Therefore, the phase difference between the data having a complex relationship in the sampling data can be accurately adjusted to a predetermined value, for example, 90 °, so that a complex signal with little error can be obtained. As a result, the phase accuracy for phasing the reception frequency can be improved and the spatial resolution and sensitivity in the ultrasonic diagnostic apparatus can be improved compared to when the sampling clock is generated based on the transmission frequency. .

例えば、受信信号の周波数の4倍に相当する周波数を有するようにサンプリングクロックを生成し、生成されたサンプリングクロックにより受信信号をサンプリングする。これにより、出力されるデータのうち隣接データ間すなわち複素関係を有するデータ間には、所定の位相差すなわち90°位相差(1/4波長位相差)が精度よく保証される。したがって、複素関係を有する2つのデータからなる組を抽出して複素信号化を行えば、誤差の少ない複素信号を得ることができる。   For example, a sampling clock is generated so as to have a frequency corresponding to four times the frequency of the received signal, and the received signal is sampled by the generated sampling clock. As a result, a predetermined phase difference, that is, a 90 ° phase difference (1/4 wavelength phase difference) is accurately guaranteed between adjacent data among data to be output, that is, data having a complex relationship. Therefore, if a set of two data having a complex relationship is extracted and converted into a complex signal, a complex signal with few errors can be obtained.

また、受信信号の周波数の4倍に相当する周波数を有するサンプリングクロックに代えて、4n倍(n:自然数)に相当する周波数を有するサンプリングクロックを生成するようにしてもよい。このとき、複素関係を有する2つのデータは、nクロック分だけずれたものとなり、また、そのデータ間には90°位相差が精度よく保証される。したがって、その位相差関係を有するデータをnクロック分遅延することにより、誤差の少ない複素信号を得ることができる。   Further, instead of a sampling clock having a frequency corresponding to four times the frequency of the received signal, a sampling clock having a frequency corresponding to 4n times (n: natural number) may be generated. At this time, the two data having a complex relationship are shifted by n clocks, and a 90 ° phase difference is accurately guaranteed between the data. Therefore, a complex signal with few errors can be obtained by delaying data having the phase difference by n clocks.

この場合、受信信号の周波数の4倍に相当する周波数を有するサンプリングクロックを生成するクロック生成部の構成は、受信周波数に応じてサンプリングクロックを生成する手段と、生成された周波数のサンプリングクロックをサンプリング周期以下の微少時間づつ遅延させて複数のサンプリングクロックを生成する手段と、遅延処理された複数のサンプリングクロックから受信波面に同期するサンプリングクロックを選択して受信信号に対応するAD変換器に付与する手段とを含むのがよい。さらに、受信周波数に応じてサンプリングクロックを生成するために、受信信号の周波数を検出する手段を設けるのが好ましい。このようにすれば、クロック生成部は、受信信号の周波数に追従してサンプリングクロックを生成することができる。したがって、生成したサンプリングクロックを受信波面に同期させてサンプリングを行うことにより、送信信号の周波数帯域が媒体内で変移したとしても、受信信号を所望のサンプリング周波数でサンプリングを行うことができる。その結果、サンプリングデータに遅延を施して複素信号化を行えば、誤差の少ない複素信号を得ることができる。   In this case, the configuration of the clock generation unit that generates a sampling clock having a frequency corresponding to four times the frequency of the reception signal includes means for generating a sampling clock according to the reception frequency, and samples the sampling clock of the generated frequency. A means for generating a plurality of sampling clocks delayed by a minute time equal to or less than a period, and a sampling clock synchronized with the reception wavefront from the plurality of delayed sampling clocks are selected and given to an AD converter corresponding to the received signal Means. Furthermore, it is preferable to provide means for detecting the frequency of the received signal in order to generate a sampling clock according to the received frequency. In this way, the clock generation unit can generate the sampling clock following the frequency of the received signal. Therefore, by sampling the generated sampling clock in synchronization with the reception wavefront, the reception signal can be sampled at a desired sampling frequency even if the frequency band of the transmission signal changes in the medium. As a result, a complex signal with few errors can be obtained by delaying the sampling data to convert it into a complex signal.

また、AD変換部により変換されたデジタル信号の位相を設定された位相補正係数に基づいて位相補正部に補正させるのがよい。これにより、整相加算部は、デジタル信号を加算処理する前に、サンプリングクロックの周波数の周期より微少な位相を調整することができる。したがって、整相するための位相精度をより一層改善することができ、誤差のない複素信号を抽出して超音波診断装置の空間分解能や感度をより一層向上させることが可能になる。
例えば、超音波受信周波数の4倍の周波数の周期をk分割した時間間隔Δtより微少な位相φ(t)について調整する。その結果、超音波受信信号の整相するための位相精度が改善され、超音波装置の空間分解能や感度が一層向上する。
Further, it is preferable to cause the phase correction unit to correct the phase of the digital signal converted by the AD conversion unit based on a set phase correction coefficient. Thereby, the phasing addition part can adjust a phase finer than the period of the frequency of a sampling clock, before adding a digital signal. Therefore, it is possible to further improve the phase accuracy for phasing, extract a complex signal without error, and further improve the spatial resolution and sensitivity of the ultrasonic diagnostic apparatus.
For example, the phase φ (t) that is finer than the time interval Δt obtained by dividing the period of the frequency four times the ultrasonic reception frequency by k is adjusted. As a result, the phase accuracy for phasing the ultrasonic reception signal is improved, and the spatial resolution and sensitivity of the ultrasonic device are further improved.

この位相補正部は、受信信号に対し90°位相差すなわち1/4波長位相差に遅延する遅延部と、位相補正データを生成する位相補正係数生成部と、遅延部からのデータと位相補正係数生成部からのデータを複素乗算する複素乗算部とを備えるのがよい。また、位相差すなわち1/4波長位相差に遅延する遅延部と、SRAMなどのメモリからなるLookUpTable(LUT)と、カウンタなどのLUTアドレス制御部とを有するようにしてもよい。   The phase correction unit includes a delay unit that delays a received signal by 90 ° phase difference, that is, a ¼ wavelength phase difference, a phase correction coefficient generation unit that generates phase correction data, and data and a phase correction coefficient from the delay unit. It is preferable to provide a complex multiplication unit that performs complex multiplication on data from the generation unit. Further, a delay unit that delays to a phase difference, that is, a quarter wavelength phase difference, a LookUpTable (LUT) that includes a memory such as SRAM, and a LUT address control unit such as a counter may be included.

ところで、超音波映像法には、高調波の受信周波数に基づいて画像を構成する生体非線形撮像法や造影ハーモニック映像法等が知られている。例えば、生体非線形撮像法とは、超音波が生体など非線型媒体を伝播することにより、送信周波数すなわち基本周波数の2倍や3倍などの高調波周波数となる反射信号を画像化するものである。また、造影ハーモニック映像法とは、数10μm程度の気泡や油状のマイクロバブル等を血管に注入し、そのマイクロバブルが発する入射周波数に対して2倍や3倍などの高調波の出射周波数となる反射信号を受波し、その反射信号から良好な血流画像を得るものである。   By the way, as the ultrasound imaging method, there are known a biological non-linear imaging method and a contrast harmonic imaging method that form an image based on a reception frequency of a harmonic. For example, the biological nonlinear imaging method is to image a reflected signal having a transmission frequency, that is, a harmonic frequency such as twice or three times the fundamental frequency, as ultrasonic waves propagate through a nonlinear medium such as a living body. . In contrast, the harmonic imaging method is a method of injecting bubbles of about several tens of μm or oily microbubbles into blood vessels and generating harmonic emission frequencies such as twice or three times the incident frequency emitted by the microbubbles. A reflected signal is received, and a good blood flow image is obtained from the reflected signal.

このように、生体由来や造影剤由来の高調波成分を同時に複数帯域抽出して画像化したい場合がある。この場合、複数周波数帯域を同時に整相する整相加算部を設けるのがよい。さらに、その整相加算部には、高調波成分から抽出する周波数の数に対応した位相補正部と、位相補正部の信号から不要周波数帯域を除去する帯域フィルタを設けるのが好ましい。   As described above, there is a case where it is desired to simultaneously extract a plurality of bands of harmonic components derived from a living body or a contrast medium and form an image. In this case, it is preferable to provide a phasing addition unit that phasing multiple frequency bands at the same time. Furthermore, it is preferable that the phasing addition unit is provided with a phase correction unit corresponding to the number of frequencies extracted from the harmonic component and a band filter for removing unnecessary frequency bands from the signal of the phase correction unit.

例えば、受信信号が振動子により受信され、受信された信号がAD変換部によりデジタル化され、デジタル信号が遅延部により遅延処理され、遅延処理された信号が複数の位相補正手段すなわち高調波成分から抽出する周波数の数に対応した位相補正部により各高周波成分ごとに位相補正され、位相補正された信号が帯域フィルタによりフィルタ処理されるようにするのが好ましい。   For example, the received signal is received by the vibrator, the received signal is digitized by the AD conversion unit, the digital signal is delayed by the delay unit, and the delayed signal is obtained from a plurality of phase correction units, that is, harmonic components. Preferably, the phase correction unit corresponding to the number of frequencies to be extracted is phase-corrected for each high-frequency component, and the phase-corrected signal is filtered by the bandpass filter.

これにより、複数の周波数帯域を高周波成分ごとに同時に処理して画像化することができる。例えば、高調波から2次高調波成分と3次高調波成分を抽出して同時に画像化する場合、複数の位相補正部の一部を2次高調波用に割り当てるとともに、他の位相補正部を3次高調波用に割り当てる。これにより、各々の位相補正部を制御してフィルタ処理を施せば、受信信号の各高調波波面をそれぞれ同時に精度よく整相することができるので、同時に処理された2次高調波成分と3次高調波成分の画像の空間分解能と感度をより一層向上させることができる。   Thereby, a plurality of frequency bands can be simultaneously processed and imaged for each high frequency component. For example, when extracting the second harmonic component and the third harmonic component from the harmonic and imaging them simultaneously, a part of the plurality of phase correction units is allocated for the second harmonic, and other phase correction units are Assign for the third harmonic. Thus, if each phase correction unit is controlled and filtered, each harmonic wave front of the received signal can be phased simultaneously and accurately, so that the second harmonic component and the third order processed simultaneously. It is possible to further improve the spatial resolution and sensitivity of the harmonic component image.

本発明によれば、波面同期サンプリング整相法において、超音波受信信号の整相精度を改善して空間分解能や感度を向上させることができる。   According to the present invention, in the wavefront synchronous sampling phasing method, it is possible to improve the phasing accuracy of the ultrasonic reception signal and improve the spatial resolution and sensitivity.

本発明を適用してなる超音波診断装置の実施形態について、図1乃至図4を用いて説明する。図1は本発明を適用した超音波診断装置の構成例を示すブロック図である。図2は整相加算部の構成例を示しており、図3はサンプリングクロック生成部の構成例を示している。図4は遅延制御部の構成例を示している。   An embodiment of an ultrasonic diagnostic apparatus to which the present invention is applied will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of an ultrasonic diagnostic apparatus to which the present invention is applied. FIG. 2 shows a configuration example of the phasing addition unit, and FIG. 3 shows a configuration example of the sampling clock generation unit. FIG. 4 shows a configuration example of the delay control unit.

図1に示すように、超音波診断装置1には、被検体との間で超音波を送受する複数の振動子を配列してなる探触子10と、探触子10に対して超音波を送信するための送信信号を生成する送信部12と、被検体から発生する反射エコー信号を受信して増幅する受信部14とが設けられている。また、受信部14により増幅された信号を超音波受信波面に整相して加算する整相加算部16と、整相加算処理された受信信号から超音波強度や超音波周波数等の情報を抽出する信号処理部18とが備えられている。そして、信号処理部18により抽出された情報から超音波画像を構成する画像処理部20と、構成された画像を表示する表示部22とが設けられている。また、各構成部を制御する制御部24が備えられている。   As shown in FIG. 1, the ultrasonic diagnostic apparatus 1 includes a probe 10 in which a plurality of transducers that transmit and receive ultrasonic waves to and from a subject are arranged, and an ultrasonic wave for the probe 10. A transmission unit 12 that generates a transmission signal for transmitting the signal and a reception unit 14 that receives and amplifies a reflected echo signal generated from the subject are provided. In addition, a phasing addition unit 16 that phasing and adding the signal amplified by the reception unit 14 to the ultrasonic wave front, and extracting information such as ultrasonic intensity and ultrasonic frequency from the phased and added reception signal And a signal processing unit 18 for performing the processing. And the image processing part 20 which comprises an ultrasonic image from the information extracted by the signal processing part 18 and the display part 22 which displays the comprised image are provided. Moreover, the control part 24 which controls each structure part is provided.

図2に示すとおり、探触子10は、超音波を送受信する複数の振動子26a〜26mと、振動子26a〜26mに各々対応した複数の可変ゲインアンプ(VGA)28a〜28mと、可変ゲインアンプ28a〜28mの各々に対応した複数の帯域制御フィルタ(AAF)30a〜30mとを含んで構成されている。ここで、振動子26a〜26mは、超音波受信口径を構成して超音波信号を受信するものである。また、例えば可変ゲインアンプ28aは、振動子26aにより受信された受信信号に対して媒体伝播時の信号減衰を補正するものである。また、例えば帯域制御フィルタ30aは、可変ゲインアンプ28aにより減衰補正された信号の通過帯域を制限して周波数空間でエリアジングを抑制するものである。   As shown in FIG. 2, the probe 10 includes a plurality of transducers 26a to 26m that transmit and receive ultrasonic waves, a plurality of variable gain amplifiers (VGA) 28a to 28m respectively corresponding to the transducers 26a to 26m, and a variable gain. A plurality of band control filters (AAF) 30a to 30m corresponding to each of the amplifiers 28a to 28m are configured. Here, the transducers 26a to 26m constitute an ultrasonic receiving aperture and receive an ultrasonic signal. Further, for example, the variable gain amplifier 28a is for correcting the signal attenuation during propagation through the medium with respect to the reception signal received by the transducer 26a. For example, the band control filter 30a limits the pass band of the signal that has been attenuation-corrected by the variable gain amplifier 28a to suppress aliasing in the frequency space.

また、整相加算部16は、可変ゲインアンプ30a〜30mに各々対応した複数のAD変換部(ADC)32a〜32mと、ADC32a〜32mに各々対応した複数の遅延部34a〜34mと、遅延部34a〜34mに各々対応した位相補正部36a〜36mと、ADC32a〜32mの各々に付与するサンプリングクロッククロックを生成するクロック生成部38と、遅延部34a〜34mを制御する遅延制御部40と、位相補正部36a〜36mを制御する位相補正制御部42と、位相補正部36a〜36mの各々から出力される受信信号を加算処理する加算部44とを含んで構成されている。ここで、例えばADC32aは、帯域制御フィルタ30aから出力されるアナログ信号をクロック生成部38からのサンプリングクロックによりサンプリングしてデジタル信号に変換するものである。また、例えば遅延部34aは、遅延制御部40の指令に基づいて、ADC32aからの受信信号に対しサンプリングクロックの周期の整数倍の遅延を行うものである。また、例えば位相補正部36aは、位相補正制御部42からの位相補正データに基づいて、遅延部34からの超音波受信信号の位相を微調整して受信信号の波面の同相化を行うものである。   The phasing addition unit 16 includes a plurality of AD conversion units (ADC) 32a to 32m corresponding to the variable gain amplifiers 30a to 30m, a plurality of delay units 34a to 34m respectively corresponding to the ADCs 32a to 32m, and a delay unit. Phase correction units 36a to 36m respectively corresponding to 34a to 34m, a clock generation unit 38 for generating a sampling clock clock to be applied to each of the ADCs 32a to 32m, a delay control unit 40 for controlling the delay units 34a to 34m, and a phase The phase correction control unit 42 that controls the correction units 36a to 36m and the addition unit 44 that adds the reception signals output from the phase correction units 36a to 36m are configured. Here, for example, the ADC 32a samples the analog signal output from the band control filter 30a with the sampling clock from the clock generation unit 38 and converts it into a digital signal. In addition, for example, the delay unit 34a delays the received signal from the ADC 32a by an integral multiple of the sampling clock period based on a command from the delay control unit 40. Further, for example, the phase correction unit 36a finely adjusts the phase of the ultrasonic reception signal from the delay unit 34 based on the phase correction data from the phase correction control unit 42 to make the wave front of the reception signal in-phase. is there.

また、クロック生成部38は、探触子10により受信された受信信号の波面に同期し、かつ受信信号の中心周波数(f)対し4n倍(n:自然数)の周波数(以下、4nfという。)を有したサンプリングクロックを生成して例えばAD変換部32aに付与するものである。遅延制御部40は、振動子26a〜26mの超音波信号の受信タイミングに応じて制御信号を例えば遅延部34aに出力するものである。位相補正制御部42は、所望の位相精度に基づいた位相補正データを例えば位相補正部36aに出力するものである。 The clock generator 38 is synchronized with the wavefront of the received signal received by the probe 10 and has a frequency (hereinafter, 4nf 0 ) 4n times (n: natural number) with respect to the center frequency (f 0 ) of the received signal. .) Is generated and given to the AD converter 32a, for example. The delay control unit 40 outputs a control signal to, for example, the delay unit 34a according to the reception timing of the ultrasonic signals of the transducers 26a to 26m. The phase correction control unit 42 outputs phase correction data based on desired phase accuracy to, for example, the phase correction unit 36a.

このように構成される超音波診断装置の動作について説明する。超音波診断装置1では、探触子10を介して被検体に超音波が送信され、被検体から発生する反射エコー信号が受信部14により受信され、受信された受信信号が整相加算部16によりデジタル化して整相加算され、整相加算された受信信号から画像構成部20により超音波画像が構成され、構成された画像が表示部22に表示される。   The operation of the ultrasonic diagnostic apparatus configured as described above will be described. In the ultrasonic diagnostic apparatus 1, an ultrasonic wave is transmitted to the subject via the probe 10, a reflected echo signal generated from the subject is received by the receiving unit 14, and the received reception signal is the phasing addition unit 16. Is subjected to phasing and addition, and an ultrasonic image is constructed by the image construction unit 20 from the phased and added received signals, and the constructed image is displayed on the display unit 22.

ここで、図3を参照してクロック生成部38を詳細に説明する。クロック生成部38は、超音波受信信号の周波数に対して4n倍の周波数を有するサンプリングクロックを生成する4nf生成部46と、4nf生成部46からのサンプリングクロックを遅延する位相遅延部48と、位相遅延部48からのサンプリングクロックを選択してADC32a〜32mに付与するクロック選択部50と、4nf生成部46と位相遅延部48とクロック選択部50を制御する制御部52とを含んで構成されている。 Here, the clock generation unit 38 will be described in detail with reference to FIG. The clock generation unit 38 generates a sampling clock having a frequency 4n times the frequency of the ultrasonic reception signal, a 4nf 0 generation unit 46, and a phase delay unit 48 that delays the sampling clock from the 4nf 0 generation unit 46. A clock selection unit 50 that selects a sampling clock from the phase delay unit 48 and applies the sampling clock to the ADCs 32a to 32m, a 4nf 0 generation unit 46, a phase delay unit 48, and a control unit 52 that controls the clock selection unit 50. It is configured.

ここで、4nf生成部46は、水晶発振器等からなる発振器54と、レジスタやDLL等からなる分周部56と、分周部56からの出力より駆動するカウンタ58a〜58iと、分周部56からの出力により駆動するクロックセレクタ60とを含んで構成されている。 Here, the 4nf 0 generator 46 includes an oscillator 54 formed of a crystal oscillator, a frequency divider 56 formed of a register, a DLL, and the like, counters 58a to 58i driven by outputs from the frequency divider 56, and a frequency divider And a clock selector 60 driven by the output from 56.

位相遅延部48は、サンプリング周期以下の微少時間Δt遅延するタップをそれぞれk個備えたパルス遅延線62a〜62jと、遅延線62a〜62jのうちから1つの遅延線例えば62aを制御部52の指令に応じて選択する遅延線セレクタ64とを含んで構成されている。クロック選択部50は、制御部52の指令に基づいて、位相遅延部48により遅延されたクロックを所定のADCへ出力するクロックセレクタ66a〜66mを備えて構成されている。   The phase delay unit 48 instructs the control unit 52 to select one delay line, for example 62a, from the pulse delay lines 62a to 62j having k taps that are delayed by a minute time Δt that is equal to or less than the sampling period, and the delay lines 62a to 62j. The delay line selector 64 is selected according to The clock selection unit 50 includes clock selectors 66a to 66m that output the clock delayed by the phase delay unit 48 to a predetermined ADC based on a command from the control unit 52.

制御部52は、Busに接続されたアドレス判定部68と、アドレスカウンタ70と、アドレス判定部68又はアドレスカウンタ70からの信号により所定のアドレスを出力するアドレスセレクタ74と、Busからの要求が書込みなのか読込なのかを判定してデータの流れる方向を制御するデータバッファ72と、SRAMやDRAM等の記憶素子で構成されており、4nf生成部46のクロックセレクタ60と位相遅延部64の遅延線セレクタ64とクロック選択部50のクロックセレクタ66a〜66mを制御するためのデータを保持するデータ保持部76a〜76mを含んで構成されている。 The control unit 52 writes an address determination unit 68 connected to the bus, an address counter 70, an address selector 74 that outputs a predetermined address according to a signal from the address determination unit 68 or the address counter 70, and a request from the bus A data buffer 72 that controls whether the data flows or not, and a storage element such as SRAM or DRAM, and a delay of the clock selector 60 and the phase delay unit 64 of the 4nf 0 generation unit 46 Data holding units 76a to 76m that hold data for controlling the line selector 64 and the clock selectors 66a to 66m of the clock selection unit 50 are configured.

このように構成されるクロック生成部48の動作について説明する。まず、4nfクロックを生成する動作を説明する。4nf生成部46では、発振器54によりマスタークロック(mclk)が発生される。発生したマスタークロックは分周部56により分周クロック(sclk)に分周される。分周された分周クロックは、駆動クロックとしてカウンタ58a〜58iとクロックセレクタ60に入力される。駆動クロックが入力されたカウンタ58a〜58iにより各々のカウント数がカウントされて周波数の異なる複数i個の4nfが生成される。ここで、分周の度合いとカウンタの数を調整することにより任意に周波数を作ることができるようになっている。そして、クロックセレクタ60によりカウンタ58a〜58iにより生成された複数の4nfのうちから1つの4nfが、超音波が媒体を伝播するとき生じる周波数の変移に応じて選択される。すなわち、超音波受信信号の周波数が検出され、検出された受信周波数の4n倍の周波数を有するサンプリングクロックに最も近いサンプリングクロックが、生成された複数i個の4nfから1つ選択される。このような手順により4nfクロックが生成される。 The operation of the clock generation unit 48 configured as described above will be described. First, an operation for generating a 4nf 0 clock will be described. In the 4nf 0 generator 46, the oscillator 54 generates a master clock (mclk). The generated master clock is frequency-divided into a frequency-divided clock (sclk) by the frequency divider 56. The frequency-divided clock is input to the counters 58a to 58i and the clock selector 60 as a drive clock. Each counter is counted by the counters 58a to 58i to which the drive clock is input, and a plurality of i 4nf 0s having different frequencies are generated. Here, the frequency can be arbitrarily generated by adjusting the degree of frequency division and the number of counters. Then, one 4nf 0 is selected from the plurality of 4nf 0s generated by the counters 58a to 58i by the clock selector 60 in accordance with the frequency shift that occurs when the ultrasonic wave propagates through the medium. That is, the frequency of the ultrasonic reception signal is detected, and the sampling clock closest to the sampling clock having a frequency 4n times the detected reception frequency is selected from the generated i 4nf 0s . By such a procedure, 4nf 0 clock is generated.

次に、位相補正部48の動作について説明する。クロックセレクタ60により選択された4nfクロックは、例えば、パルス遅延線62aによりサンプリング周期以下の微少時間Δt間隔で複数k個の位相が異なる4nfクロックが生成される。この場合、遅延線セレクタ64は、超音波が媒体を伝播して変移した周波数のサンプリング周期以下の微少時間Δtを有するように、パルス遅延線62a〜62jのうちからパルス遅延線62aを選択している。このような手順により所望のΔtを有したパルス遅延線により遅延された複数k位相の4nfクロックが得られる。 Next, the operation of the phase correction unit 48 will be described. As for the 4nf 0 clock selected by the clock selector 60, for example, a plurality of 4nf 0 clocks having different phases are generated by a pulse delay line 62a at a minute time Δt 1 interval equal to or less than the sampling period. In this case, the delay line selector 64 selects the pulse delay line 62a from the pulse delay lines 62a to 62j so as to have a minute time Δt that is equal to or less than the sampling period of the frequency at which the ultrasonic wave has propagated through the medium and changed. Yes. According to such a procedure, a 4nf 0 clock having a plurality of k phases delayed by a pulse delay line having a desired Δt is obtained.

クロック選択部50の動作について説明する。遅延線セレクタ64により得られたサンプリング周期以下の微少時間Δt間隔で複数k個の位相が異なる4nfクロックのうちから、振動子26a〜26mで受信した受信信号の波面に最も同期した4nfクロックが例えばクロックセレクタ66aにより選択される。そして、選択された4nfクロックが例えばADC32aに付与される。 The operation of the clock selector 50 will be described. A plurality of k phases of the different 4nF 0 clock following the short time Δt interval sampling cycle obtained by the delay line selector 64, and most synchronized 4nF 0 clock to the wavefront of the received signal received by the transducer 26a~26m Is selected by the clock selector 66a, for example. Then, the selected 4nf 0 clock is applied to the ADC 32a, for example.

また、制御部52について説明する。アドレス判定部68により制御データを格納するための所定のアドレスか否かが判定され、所定アドレスの場合にアドレスセレクタ74を介して例えばデータ保持部76aに制御データが出力される。また、データバッファ72によりBusからの要求が書込なのか読込なのかが判定されてデータの流れ方向が制御される。アドレスカウンタ70により超音波が媒体を伝播するタイミングで4nfクロックでカウント値が変化することにより、データ保持部76aの読み出しアドレスが生成される。そして、アドレスセレクタ74により、アドレスカウンタ70とアドレス判定部68からのアドレスが判定に従い例えばデータ保持部76aのアドレスとして選択される。 The control unit 52 will be described. The address determination unit 68 determines whether the address is a predetermined address for storing control data. If the address is a predetermined address, the control data is output to the data holding unit 76a via the address selector 74, for example. The data buffer 72 determines whether the request from the bus is a write or a read, and controls the data flow direction. The address counter 70 changes the count value with 4nf 0 clock at the timing when the ultrasonic wave propagates through the medium, thereby generating the read address of the data holding unit 76a. Then, the address selector 74 selects the addresses from the address counter 70 and the address determination unit 68 according to the determination, for example, as the address of the data holding unit 76a.

すなわち、制御部52では、アドレス判定部68によりBUSを利用して制御データが所定のアドレスに書き込まれる。そして、超音波が媒体を伝播するタイミングで4nfクロックでアドレスカウンタ70のカウント値を変化させ、そのカウント値から読み出しアドレスを生成する。生成されたアドレスに基づいてアドレスセレクタ74を介してデータ保持部76a〜76mから制御データを読み出す。読み出された制御データはクロックセレクタ60と遅延線セレクタ64とクロックセレクタ66a〜66mとを制御する。なお、揮発性の記憶素子からなるデータ保持部76a〜76mを用いた制御部52を説明したが、これに代えて、不揮発性のROMからなるデータ保持部を制御部に用いてもよい。 That is, in the control unit 52, the control data is written at a predetermined address by the address determination unit 68 using BUS. Then, the count value of the address counter 70 is changed at 4nf 0 clock at the timing at which the ultrasonic wave propagates through the medium, and a read address is generated from the count value. Based on the generated address, control data is read from the data holding units 76a to 76m via the address selector 74. The read control data controls the clock selector 60, the delay line selector 64, and the clock selectors 66a to 66m. In addition, although the control part 52 using the data holding parts 76a-76m which consist of volatile memory elements was demonstrated, it replaces with this and may use the data holding part which consists of non-volatile ROM for a control part.

このように、クロック生成部38は、超音波が被検体内の媒体を伝播してその周波数が変移するとき、その周波数の変移に追従してサンプリングクロックを生成することができる。このとき、生成されたサンプリングクロックは超音波受信周波数の4n倍の周波数を有するとともに、受信信号の波面に精度よく同期したものとなっている。したがって、媒体内で超音波の周波数が変移したとしても、受信信号を例えばADC32aにより所望のサンプリング周波数で正確にサンプリングを行うことができる。それゆえ、出力データ間の位相差が所定の値例えば90°位相差に精度よく合わせることができるので、そのデータを設定クロック分だけ遅延処理を施せば、誤差の少ない複素信号を得ることができる。その結果、超音波が媒体伝播の際に生じる減衰起因する周波数が移動した信号や非線形信号に対し、送信周波数に基づいてサンプリングクロックを生成する場合に比べ、受信信号を整相するための位相精度を改善することができ、超音波診断装置における空間分解能や感度を向上させることができる。   As described above, when the ultrasonic wave propagates through the medium in the subject and the frequency thereof changes, the clock generation unit 38 can generate the sampling clock following the frequency change. At this time, the generated sampling clock has a frequency 4n times the ultrasonic reception frequency and is accurately synchronized with the wavefront of the reception signal. Therefore, even if the frequency of the ultrasonic wave changes in the medium, the received signal can be accurately sampled at a desired sampling frequency, for example, by the ADC 32a. Therefore, the phase difference between the output data can be accurately adjusted to a predetermined value, for example, 90 ° phase difference, and if the data is subjected to delay processing for the set clock, a complex signal with less error can be obtained. . As a result, the phase accuracy for phasing the received signal compared to the case where a sampling clock is generated based on the transmission frequency for a signal or nonlinear signal whose frequency caused by attenuation caused by propagation of ultrasonic waves through the medium And the spatial resolution and sensitivity of the ultrasonic diagnostic apparatus can be improved.

ここで、図4を参照して整相加算部16における遅延部34a〜34mと遅延制御部40について説明する。遅延部34a〜34mの各々は、SRAMやDRAM等の記憶素子から構成されている。遅延制御部40は、Busに接続されたアドレス判定部78と、アドレスカウンタ82と、アドレス判定部78又はアドレスカウンタ82からの信号により所定のアドレスを出力するアドレスセレクタ80と、Busからの要求が書込みなのか読込なのかを判定してデータの流れる方向を制御するデータバッファ81と、アドレスセレクタ80からのアドレスに基づいて遅延データを保持する遅延データメモリ83とを含んで構成されている。また、遅延データメモリ83の遅延データに基づいて書込アドレス発生部88a〜88mのアドレス値を変更する書込許可部84と、遅延データメモリ83の遅延データに基づいて読込アドレス発生部90a〜90mのアドレス値を変更する読込許可部86とが設けられている。ここで、遅延データメモリ83は、SRAMやDRAM等のメモリから構成されており、書込許可部84と読込許可部86は、論理ゲートやLUT等から構成されている。また、書込アドレス発生部88a〜88mは、カウンタ等から構成されている。   Here, the delay units 34 a to 34 m and the delay control unit 40 in the phasing addition unit 16 will be described with reference to FIG. 4. Each of the delay units 34a to 34m is composed of a storage element such as SRAM or DRAM. The delay control unit 40 includes an address determination unit 78 connected to the bus, an address counter 82, an address selector 80 that outputs a predetermined address according to a signal from the address determination unit 78 or the address counter 82, and a request from the bus. It includes a data buffer 81 that determines whether data is written or read and controls the direction of data flow, and a delay data memory 83 that holds delay data based on the address from the address selector 80. Further, the write permission unit 84 that changes the address value of the write address generation units 88 a to 88 m based on the delay data of the delay data memory 83, and the read address generation units 90 a to 90 m based on the delay data of the delay data memory 83. And a read permission unit 86 for changing the address value. Here, the delay data memory 83 is composed of a memory such as an SRAM or a DRAM, and the write permission unit 84 and the read permission unit 86 are composed of a logic gate, an LUT, or the like. The write address generators 88a to 88m are composed of a counter or the like.

まず、遅延制御部40は、図3で示したクロック生成部38の制御部52と同様に、アドレス判定部78とアドレスカウンタ82とデータバッファ81とアドレスセレクタ80により、Busを介して所定のアドレス時に遅延データが遅延データメモリ83に書き込まれる。そして、超音波が媒体を伝播するタイミングで遅延データメモリ83がアドレスカウンタ値で読み出される。読み出された遅延データは、書込許可部84と読込許可部86の状態によって、書込アドレス発生部88a〜88mと読込アドレス発生部90a〜90mのアドレス値が変更される。また、書込許可部84と読込許可部86により、その各状態に応じて許可信号WENA、RENAや、クロックWCLK、RCLKが例えば遅延部34aに出力される。   First, similarly to the control unit 52 of the clock generation unit 38 shown in FIG. 3, the delay control unit 40 uses the address determination unit 78, the address counter 82, the data buffer 81, and the address selector 80 to specify a predetermined address via Bus. Sometimes delay data is written into the delay data memory 83. Then, the delay data memory 83 is read with the address counter value at the timing when the ultrasonic wave propagates through the medium. In the read delay data, the address values of the write address generation units 88a to 88m and the read address generation units 90a to 90m are changed according to the states of the write permission unit 84 and the read permission unit 86. Further, the write permission unit 84 and the read permission unit 86 output permission signals WENA and RENA and clocks WCLK and RCLK to the delay unit 34a, for example, according to the respective states.

なお、図4に示される遅延制御部40を説明したが、これに限られるものではない。例えば、図5は遅延制御部の他の構成例を示している。図5に示すとおり、遅延部34a〜34mの各々がADC32a〜32mからの受信信号が入力されるシフトレジスタ92と、シフトレジスタ92からの信号が入力されるセレクタ93により構成される場合、遅延制御部41は、図4に示した書込許可部84と、読込許可部86と、書込アドレス発生部88a〜88mと、読込アドレス発生部90a〜90mとを用いず、アドレス判定部78と、アドレスセレクタ80と、データバッファ81と、アドレスカウンタ82と、SRAMやDRAM等のメモリからなる遅延データメモリ83から構成される。   In addition, although the delay control part 40 shown by FIG. 4 was demonstrated, it is not restricted to this. For example, FIG. 5 shows another configuration example of the delay control unit. As shown in FIG. 5, when each of the delay units 34a to 34m includes a shift register 92 to which the reception signals from the ADCs 32a to 32m are input and a selector 93 to which the signal from the shift register 92 is input, delay control is performed. The unit 41 does not use the write permission unit 84, the read permission unit 86, the write address generation units 88a to 88m, and the read address generation units 90a to 90m illustrated in FIG. An address selector 80, a data buffer 81, an address counter 82, and a delay data memory 83 composed of a memory such as SRAM or DRAM are included.

このような遅延部34a〜34mと遅延制御部40によれば、超音波受信信号の周波数の4n倍の周波数を有し、かつ超音波受信信号の波面に同期した4nfクロックの周期間隔で超音波受信信号に粗遅延処理を施すことができ、超音波受信信号の同相化を図ることができる。 According to the delay units 34a to 34m and the delay control unit 40, the frequency is 4n times the frequency of the ultrasonic reception signal, and the frequency is 4nf 0 clocks synchronized with the wavefront of the ultrasonic reception signal. Coarse delay processing can be performed on the sound wave reception signal, and in-phase of the ultrasonic wave reception signal can be achieved.

次に、図6及び図7を参照して位相補正部36a〜36mと位相補正制御部42を説明する。図6は位相補正部36aの構成例を示しており、図7は位相補正制御部の構成例を示している。図6に示すとおり、位相補正部36aは、シフトレジスタなどからなる遅延部94と、遅延部94からの複素信号と位相補正データとを乗算する複素乗算部95とを含んで構成されている。このとき、複素乗算部95は、超音波受信信号x(t)の実数成分と補正データの実数成分を乗算する乗算部96aと、超音波受信信号x(t)の実数成分と補正データの虚数成分を乗算する乗算部96bと、超音波受信信号x(t)の虚数成分と補正データの実数成分を乗算する乗算部96cと、超音波受信信号x(t)の虚数成分と補正データの虚数成分を乗算する乗算部96dと、乗算部96bの乗算結果を符号反転部98により反転した結果と乗算部96cの乗算結果とを加算する加算部100aと、乗算部96aの乗算結果と乗算部96dの乗算結果を加算する加算部100bとを備えて構成されている。   Next, the phase correction units 36a to 36m and the phase correction control unit 42 will be described with reference to FIGS. FIG. 6 shows a configuration example of the phase correction unit 36a, and FIG. 7 shows a configuration example of the phase correction control unit. As shown in FIG. 6, the phase correction unit 36 a includes a delay unit 94 including a shift register and a complex multiplication unit 95 that multiplies the complex signal from the delay unit 94 and the phase correction data. At this time, the complex multiplication unit 95 multiplies the real number component of the ultrasonic reception signal x (t) by the real number component of the correction data, the real number component of the ultrasonic reception signal x (t), and the imaginary number of the correction data. A multiplication unit 96b that multiplies the components, a multiplication unit 96c that multiplies the imaginary number component of the ultrasonic reception signal x (t) and the real number component of the correction data, an imaginary number component of the ultrasonic reception signal x (t) and the imaginary number of the correction data A multiplication unit 96d that multiplies the components; an addition unit 100a that adds a result obtained by inverting the multiplication result of the multiplication unit 96b by the sign inversion unit 98 and a multiplication result of the multiplication unit 96c; and a multiplication result of the multiplication unit 96a and a multiplication unit 96d. And an addition unit 100b for adding the multiplication results of the above.

また、図7に示すとおり、位相補正制御部42は、Busに接続されたアドレス判定部102と、アドレスカウンタ104と、アドレス判定部102又はアドレスカウンタ104からの信号により所定のアドレスを出力するアドレスセレクタ108と、Busからの要求が書込みなのか読込なのかを判定してデータの流れる方向を制御するデータバッファ106と、アドレスセレクタ108からのアドレスに基づいて位相データを保持する位相補正メモリ110とを含んで構成されている。位相補正メモリ110の後段にはシフトレジスタ112とラッチレジスタ113a〜113mが設けられている。ここで、位相補正メモリ110は、SRAMやDRAMなど記憶素子から構成されている。   Further, as shown in FIG. 7, the phase correction control unit 42 outputs an address determination unit 102 connected to the bus, an address counter 104, and a predetermined address by a signal from the address determination unit 102 or the address counter 104. A selector 108, a data buffer 106 that determines whether the request from the bus is a write or a read and controls the direction of data flow, and a phase correction memory 110 that holds phase data based on the address from the address selector 108 It is comprised including. A shift register 112 and latch registers 113a to 113m are provided following the phase correction memory 110. Here, the phase correction memory 110 includes a storage element such as SRAM or DRAM.

このように位相補正制御部42により位相補正データが位相補正部36aに出力される。つまり、位相補正制御部42は、図3で示したクロック生成部38の制御部52と同様に、アドレス判定部102とアドレスカウンタ104とデータバッファ106とアドレスセレクタ108により、Busを介して所定のアドレス時に位相補正データが位相補正メモリ110に書き込まれる。そして、超音波が媒体を伝播するタイミングで位相補正メモリ110に格納された位相補正データがアドレスカウンタ値で読み出される。読み出された位相補正データは、シフトレジスタ112により振動子26a〜26mにそれぞれ対応するラッチレジスタ113a〜113mにデータを保持するためにシフトされる。シフトされた位相補正データは、ラッチレジスタ113a〜113mによりラッチタイミングで保持されて位相補正部36aに出力される。   Thus, the phase correction data is output to the phase correction unit 36a by the phase correction control unit 42. That is, the phase correction control unit 42, as with the control unit 52 of the clock generation unit 38 shown in FIG. Phase correction data is written into the phase correction memory 110 at the time of addressing. Then, the phase correction data stored in the phase correction memory 110 is read as an address counter value at the timing when the ultrasonic wave propagates through the medium. The read phase correction data is shifted by the shift register 112 to hold the data in the latch registers 113a to 113m corresponding to the transducers 26a to 26m, respectively. The shifted phase correction data is held at the latch timing by the latch registers 113a to 113m and output to the phase correction unit 36a.

一方、位相補正部36aでは、4nfクロックで動作する遅延部94により超音波受信信号がnクロック遅延を施され、複素信号が抽出される。そして、抽出された複素信号と位相補正制御部42からの位相補正データとが複素乗算部95により複素乗算される。これにより、超音波受信信号は位相補正データに基づいて位相補正されるので、整相精度を向上させることができる。 On the other hand, in the phase correction unit 36a, the ultrasonic reception signal is delayed by n clocks by the delay unit 94 operating at 4nf 0 clock, and a complex signal is extracted. The extracted complex signal and the phase correction data from the phase correction control unit 42 are complex multiplied by the complex multiplication unit 95. Thereby, since the phase of the ultrasonic reception signal is corrected based on the phase correction data, the phasing accuracy can be improved.

このような複素乗算処理について数式を用いて説明する。超音波受信信号x(t)は数1式のように表すと、受信信号x(t)は遅延部94によりnクロック遅延されるので、遅延された受信信号x(t−n)は数2式のように表される。ここで、サンプリング周波数が4nfクロックなので、数3式の関係が成り立っている。また、振幅A(t)がA(t−n)と近似している場合、x(t−n)は数4式のように示される。したがって、数1式と数4式は複素の関係となるので、数5式のように表される。すなわち、数5式に示すように、超音波受信信号x(t)は遅延部94によりnクロック遅延されて複素データとなる。また、位相補正制御部42の例えばラッチレジスタ113aから出力される位相補正データを数6式のように表すと、数6式と数5式を乗算する複素乗算部95の出力Y(t)は、数7式のように示される。すなわち、数7式に示されるように、複素乗算部95からの出力Y(t)は位相φ(t)だけ位相回転して補正された値になる。 Such complex multiplication processing will be described using mathematical expressions. When the ultrasonic reception signal x (t) is expressed as shown in Equation 1, since the reception signal x (t) is delayed by n clocks by the delay unit 94, the delayed reception signal x (t−n) is expressed by Equation 2. It is expressed as an expression. Here, since the sampling frequency is 4 nf 0 clock, the relationship of Formula 3 is established. Further, when the amplitude A (t) is approximated to A (t−n), x (t−n) is expressed by the following equation (4). Therefore, since Formula 1 and Formula 4 have a complex relationship, they are expressed as Formula 5. That is, as shown in Equation 5, the ultrasonic reception signal x (t) is delayed by n clocks by the delay unit 94 and becomes complex data. Further, when the phase correction data output from, for example, the latch register 113a of the phase correction control unit 42 is expressed as Equation 6, the output Y (t) of the complex multiplier 95 that multiplies Equation 6 and Equation 5 is , As shown in Equation 7. That is, as shown in Equation 7, the output Y (t) from the complex multiplier 95 becomes a value corrected by phase rotation by the phase φ (t).

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このように位相補正部36a〜36mは、Δt間隔より微少な位相φ(t)に基づいて位相を調整することができるので、超音波受信信号の整相精度をより一層向上させることができる。ここで、Δtとは、クロック生成部38により超音波受信周波数の4n倍の周波数の周期がk分割された時間間隔をいう。したがって、例えば、所望の位相精度が波長λ/128である場合、n=4、k=4、φ(t)分割数=2とすることによりその位相精度を得ることができる。また、超音波受信信号の高調波撮像において高周波数帯域を画像化するとき、nを大きく取れずに超音波受信信号の整相精度が低下する場合がある。例えば、ADC32aの最大サンプリング周波数が60Mhzで、超音波受信周波数が15Mhzの場合、n=1となるので整相精度が低下する。この場合、φ(t)分割数=8とすることにより、λ/128の位相精度を実現することができる。このように、位相補正部36aによれば、高周波数帯域を画像化する場合、位相精度を改善することができる。
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As described above, the phase correction units 36a to 36m can adjust the phase based on the phase φ (t) that is finer than the Δt interval, so that the phasing accuracy of the ultrasonic reception signal can be further improved. Here, Δt means a time interval obtained by dividing the period of the frequency 4n times the ultrasonic reception frequency into k by the clock generation unit 38. Therefore, for example, when the desired phase accuracy is the wavelength λ / 128, the phase accuracy can be obtained by setting n = 4, k = 4, and φ (t) division number = 2. Further, when imaging a high frequency band in harmonic imaging of an ultrasonic reception signal, there may be a case where n is not large and the phasing accuracy of the ultrasonic reception signal is lowered. For example, when the maximum sampling frequency of the ADC 32a is 60 Mhz and the ultrasonic reception frequency is 15 Mhz, since n = 1, the phasing accuracy decreases. In this case, the phase accuracy of λ / 128 can be realized by setting the φ (t) division number = 8. Thus, according to the phase correction unit 36a, the phase accuracy can be improved when imaging a high frequency band.

以上、本実施形態によれば、超音波が被検体内の媒体を伝播してその周波数が変移するとき、その周波数の変移に追従させてサンプリングクロックをクロック生成部38により生成することができる。したがって、媒体内で超音波の周波数が変移したとしても、受信信号をADC32a〜32mにより受信周波数の4n倍の周波数を有するサンプリングクロックでサンプリングを行うことができる。それゆえ、出力されたデータにおいて複素の関係を有するデータ間の位相差を90°にすることができる。そのデータを遅延部34a〜34mによりnクロック分だけ遅延処理を施せば、誤差の少ない複素信号を得ることができる。その結果、超音波診断装置の空間分解能や感度を向上させることができる。   As described above, according to the present embodiment, when the ultrasonic wave propagates through the medium in the subject and the frequency changes, the sampling clock can be generated by the clock generation unit 38 following the frequency change. Therefore, even if the frequency of the ultrasonic wave changes in the medium, the reception signal can be sampled by the ADCs 32a to 32m with a sampling clock having a frequency 4n times the reception frequency. Therefore, the phase difference between data having a complex relationship in the output data can be 90 °. If the data is delayed by n clocks by the delay units 34a to 34m, a complex signal with few errors can be obtained. As a result, the spatial resolution and sensitivity of the ultrasonic diagnostic apparatus can be improved.

また、整相加算部16は、デジタル信号を加算する前にその位相を位相補正部36a〜36mにより微調整して整相しているので、位相の整相精度を向上させることができ、超音波受信信号をより一層同相化することができる。例えば、超音波受信信号を同相化する場合、超音波受信周波数の4倍の周波数の周期をk分割した時間間隔Δtにより整相するだけでなく、そのΔtより微少な位相φ(t)を調整することにより整相を行うことができる。その結果、整相精度が改善するため、超音波装置の空間分解能や感度をより一層向上させることができる。   Further, since the phase adjusting and adding unit 16 finely adjusts the phase by the phase correcting units 36a to 36m before adding the digital signals, the phase adjusting accuracy can be improved. The sound wave reception signal can be further in phase. For example, when making an ultrasonic reception signal in-phase, not only phasing by a time interval Δt obtained by dividing a period of four times the ultrasonic reception frequency by k, but also adjusting a phase φ (t) slightly smaller than Δt By doing so, phasing can be performed. As a result, since the phasing accuracy is improved, the spatial resolution and sensitivity of the ultrasonic apparatus can be further improved.

さらに、従来、超音波受信信号の高調波撮像において高周波数帯域を画像化する場合、nの値を大きく取れず整相精度が低下する場合がある。しかし、位相補正部36a〜36mにより位相分割数を調整すれば、所望の位相精度を得ることができる。すなわち、位相補正部36a〜36mにより整相加算部16の整相精度を改善することができるので、高調波撮像においても、空間分解能や感度を向上させることができる。   Furthermore, conventionally, when imaging a high frequency band in harmonic imaging of an ultrasonic reception signal, the value of n may not be large and the phasing accuracy may be reduced. However, if the number of phase divisions is adjusted by the phase correction units 36a to 36m, desired phase accuracy can be obtained. That is, since the phase correction accuracy of the phasing addition unit 16 can be improved by the phase correction units 36a to 36m, spatial resolution and sensitivity can be improved also in harmonic imaging.

以上、本実施形態について説明したが、これに限られるものではない。例えば、図8は、位相補正部と位相補正制御部の他の実施例を示している。図8に示すように、位相補正部120は、超音波受信信号X(t)に対し90°位相遅延を施す遅延部122と、複素乗算処理を行うLUT124とを含んで構成されている。また、位相補正制御部114は、超音波受信期間中に4nfクロック同期でカウントを行ってLUT124のアドレスを生成するカウンタ116と、4nfクロックをpクロック遅延する遅延部118とを含んで構成されている。なお、ここで、遅延部122はシフトレジスタなどから構成されており、LUT124は、SRAMやDRAMなどの記憶素子から構成されている。 Although the present embodiment has been described above, the present invention is not limited to this. For example, FIG. 8 shows another embodiment of the phase correction unit and the phase correction control unit. As shown in FIG. 8, the phase correction unit 120 includes a delay unit 122 that applies a 90 ° phase delay to the ultrasonic reception signal X (t) and an LUT 124 that performs complex multiplication processing. The phase correction control unit 114 includes a counter 116 that counts in synchronization with 4nf 0 clocks during the ultrasonic reception period to generate the address of the LUT 124, and a delay unit 118 that delays the 4nf 0 clocks by p clocks. Has been. Here, the delay unit 122 is configured by a shift register or the like, and the LUT 124 is configured by a storage element such as SRAM or DRAM.

このような位相補正制御部114と位相補正部120において、カウンタ116は、超音波受信期間中に4nfクロック同期でカウントしてLUT124のアドレスを生成する。また、遅延部118は、カウンタ116の信号から90°遅延した位相になるようにpクロック遅延する。これにより、所望の複素の位相補正データを生成することができる。 In the phase correction control unit 114 and the phase correction unit 120 as described above, the counter 116 generates an address of the LUT 124 by counting in synchronization with 4nf 0 clock during the ultrasonic wave reception period. Further, the delay unit 118 delays the p clock so that the phase is delayed by 90 ° from the signal of the counter 116. Thereby, desired complex phase correction data can be generated.

そして、生成された補正データに基づいて超音波受信信号の位相を補正する。例えば、超音波受信信号X(t)は、遅延部122によりnクロック分遅延されて複素信号となる。遅延部122からの複素信号は、位相補正制御部144からの位相補正データとLUT124により複素乗算される。したがって、LUT124からの出力は、位相が補正された超音波受信信号Y(t)になる。   Then, the phase of the ultrasonic reception signal is corrected based on the generated correction data. For example, the ultrasonic reception signal X (t) is delayed by n clocks by the delay unit 122 and becomes a complex signal. The complex signal from the delay unit 122 is complex-multiplied by the phase correction data from the phase correction control unit 144 and the LUT 124. Therefore, the output from the LUT 124 is an ultrasonic reception signal Y (t) whose phase is corrected.

また、図9と図10を用いて位相補正部と位相補正制御部の他の実施例を説明する。図9は、位相補正部の構成例を示しており、図10は、位相補正制御部の構成例を示している。図9に示すとおり、位相補正部126は、図6に示された位相補正部36aに類似した構成となっている。つまり、位相補正部126は、シフトレジスタなどからなる遅延部94と、複素乗算部95とを含んで構成されている。複素乗算部95は、乗算部96a〜96dと、符号反転部98と、加算部100a、100bとにより構成されている。   Further, another embodiment of the phase correction unit and the phase correction control unit will be described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG. 9 shows a configuration example of the phase correction unit, and FIG. 10 shows a configuration example of the phase correction control unit. As shown in FIG. 9, the phase correction unit 126 has a configuration similar to the phase correction unit 36a shown in FIG. That is, the phase correction unit 126 includes a delay unit 94 including a shift register and the complex multiplication unit 95. The complex multiplication unit 95 includes multiplication units 96a to 96d, a sign inversion unit 98, and addition units 100a and 100b.

また、図10に示すとおり、位相補正制御部128は、図7に示された位相補正制御部42に類似した構成となっている。つまり、位相補正制御部42は、アドレス判定部102と、アドレスカウンタ104と、データバッファ106と、アドレスセレクタ108と、SRAMやDRAMなど記憶素子からなる位相補正メモリ110とを含んで構成されている。   Further, as shown in FIG. 10, the phase correction control unit 128 has a configuration similar to the phase correction control unit 42 shown in FIG. That is, the phase correction control unit 42 includes an address determination unit 102, an address counter 104, a data buffer 106, an address selector 108, and a phase correction memory 110 made of a storage element such as SRAM or DRAM. .

図6の位相補正制御部36aでは、補正データとして位相補正データejφ(t)を用いて遅延部34からの出力データを補正したが、図9の位相補正部126では、その位相補正データに代えて、位相補正制御部128からの周波数補正データe-j(2πfs(t)t)を用いて遅延部34からの出力データを補正している。つまり、超音波受信信号X(t)は、遅延部34によりnクロック遅延処理を施されて複素信号となる。遅延部34からの複素信号と位相補正制御部128からの周波数補正データとを複素乗算部95により乗算することにより、周波数が補正された出力Y(t)を得ることができる。このとき、出力Y(t)は数8式のように表される。したがって、所定の周波数補正データに基づいて超音波受信信号の周波数帯域を移動することができるので、超音波信号が媒体内で減衰してその周波数帯域が変移した場合でも、整相するための位相精度を改善することができる。その結果、超音波装置の空間分解能や感度を向上させることができる。なお、ここでf=fであれば、超音波受信周波数帯域をベースバンドへシフトすることになる。さらに、n=2の場合には数9式の示す8つの値を繰り返すことにより実現することができる。 In the phase correction control unit 36a in FIG. 6, the output data from the delay unit 34 is corrected using the phase correction data e jφ (t) as the correction data. However, in the phase correction unit 126 in FIG. Instead, the output data from the delay unit 34 is corrected using the frequency correction data e −j (2πfs (t) t) from the phase correction control unit 128. That is, the ultrasonic reception signal X (t) is subjected to n clock delay processing by the delay unit 34 to become a complex signal. By multiplying the complex signal from the delay unit 34 and the frequency correction data from the phase correction control unit 128 by the complex multiplication unit 95, an output Y (t) whose frequency is corrected can be obtained. At this time, the output Y (t) is expressed as shown in Equation 8. Therefore, since the frequency band of the ultrasonic reception signal can be moved based on the predetermined frequency correction data, the phase for phasing can be achieved even when the ultrasonic signal is attenuated in the medium and the frequency band is shifted. Accuracy can be improved. As a result, the spatial resolution and sensitivity of the ultrasonic device can be improved. Here, if f s = f 0 , the ultrasonic reception frequency band is shifted to the baseband. Further, in the case of n = 2, it can be realized by repeating the eight values shown in Equation 9.

Figure 2008259891
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また、図11と図12を用いて位相補正部と位相補正制御部の他の実施例を説明する。図11は、位相補正部の構成例を示しており、図12は、位相補正制御部の構成例を示している。図11に示されている位相補正部130は、図6及び図9に示された位相補正部36aに類似して構成されている。つまり、位相補正部130は、シフトレジスタなどからなる遅延部94と、複素乗算部95とを含んで構成されている。複素乗算部95は、乗算部96a〜96dと、符号反転部98と、加算部100a、100bとを含んで構成されている。図12に示されている位相補正制御部132は、図7及び図10に示された位相補正制御部42に類似して構成されている。つまり、位相補正制御部132は、位相補正制御部42は、アドレス判定部102と、アドレスカウンタ104と、データバッファ106と、アドレスセレクタ108と、SRAMやDRAMなど記憶素子からなる位相補正メモリ110とを含んで構成されている。   Another embodiment of the phase correction unit and the phase correction control unit will be described with reference to FIGS. FIG. 11 shows a configuration example of the phase correction unit, and FIG. 12 shows a configuration example of the phase correction control unit. The phase correction unit 130 shown in FIG. 11 is configured similar to the phase correction unit 36a shown in FIGS. That is, the phase correction unit 130 includes a delay unit 94 including a shift register and the complex multiplication unit 95. The complex multiplication unit 95 includes multiplication units 96a to 96d, a sign inversion unit 98, and addition units 100a and 100b. The phase correction control unit 132 illustrated in FIG. 12 is configured similarly to the phase correction control unit 42 illustrated in FIGS. 7 and 10. That is, the phase correction control unit 132, the phase correction control unit 42, the address determination unit 102, the address counter 104, the data buffer 106, the address selector 108, and the phase correction memory 110 including storage elements such as SRAM and DRAM, It is comprised including.

図6の位相補正部36aでは補正データとして位相補正データejφ(t)を用いて補正を行い、また、図10の位相補正制御部128では周波数補正データe-j(2πfs(t)t)を用いて補正を行うことにしている。それに代えて、図11に示される位相補正部130では、位相補正データと周波数補正データを乗算した値e-j(2πfs(t)+φ(t))を用いて補正を行うことにしている。このとき、複素乗算部95の出力Y(t)は、数11式のように表される。すなわち、超音波受信信号は、位相補正データと同時に周波数補正データにより補正されるので、整相するための位相精度をより一層改善することができる。その結果、超音波装置の空間分解能や感度をより一層向上させることができる。 The phase correction unit 36a in FIG. 6 performs correction using the phase correction data e jφ (t) as the correction data, and the phase correction control unit 128 in FIG. 10 performs frequency correction data e −j (2πfs (t) t). It is decided to perform correction using. Instead, the phase correction unit 130 shown in FIG. 11 performs correction using a value e −j (2πfs (t) + φ (t)) obtained by multiplying the phase correction data and the frequency correction data. . At this time, the output Y (t) of the complex multiplication unit 95 is expressed as in Expression 11. That is, since the ultrasonic reception signal is corrected by the frequency correction data simultaneously with the phase correction data, the phase accuracy for phasing can be further improved. As a result, the spatial resolution and sensitivity of the ultrasonic apparatus can be further improved.

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また、図13を用いて位相補正制御部の他の実施例を説明する。図13は、超音波受信信号の位相と周波数を補正する補正制御部133の構成例を示している。補正制御部133は、位相補正データを出力する位相補正制御部134と、周波数補正データを出力する周波数補正制御部136と、位相補正データと周波数補正データを複素乗算する乗算部138とを含んで構成されている。
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Another embodiment of the phase correction control unit will be described with reference to FIG. FIG. 13 shows a configuration example of the correction control unit 133 that corrects the phase and frequency of the ultrasonic reception signal. The correction control unit 133 includes a phase correction control unit 134 that outputs phase correction data, a frequency correction control unit 136 that outputs frequency correction data, and a multiplication unit 138 that multiplies the phase correction data and the frequency correction data. It is configured.

位相補正制御部134は、図7に示す位相補正制御部42と同様に、アドレス判定部102と、アドレスカウンタ104と、データバッファ106と、アドレスセレクタ108と、SRAMやDRAMなど記憶素子からなる位相補正メモリ110と、シフトレジスタ112と、ラッチレジスタ113a〜113mとを含んで構成されている。また、周波数補正制御部136は、アドレス判定部102と、アドレスカウンタ104と、データバッファ106と、アドレスセレクタ108と、SRAMやDRAMなど記憶素子からなる周波数メモリ140とを含んで構成されている。そして、乗算部138は、複素信号の実数成分を乗算する複素乗算部138a、複素信号の虚数成分を乗算する複素乗算部138bとを含んで構成されている。   Similarly to the phase correction control unit 42 shown in FIG. 7, the phase correction control unit 134 includes a phase determination unit 102, an address counter 104, a data buffer 106, an address selector 108, and a phase composed of storage elements such as SRAM and DRAM. The correction memory 110, the shift register 112, and latch registers 113a to 113m are included. The frequency correction control unit 136 includes an address determination unit 102, an address counter 104, a data buffer 106, an address selector 108, and a frequency memory 140 made up of storage elements such as SRAM and DRAM. The multiplier 138 includes a complex multiplier 138a that multiplies the real component of the complex signal and a complex multiplier 138b that multiplies the imaginary component of the complex signal.

このように構成される補正制御部133では、位相補正メモリ110からの位相補正データと周波数メモリ140からの周波数補正データが乗算部138により乗算される。乗算された補正データは例えば位相補正部36aに出力される。したがって、補正制御部133からの補正データに基づいて超音波受信信号の整相精度を向上することができる。このように、補正制御部133では、位相補正メモリ110と周波数メモリ140を分割して設けることができる。   In the correction control unit 133 configured as described above, the multiplication unit 138 multiplies the phase correction data from the phase correction memory 110 and the frequency correction data from the frequency memory 140. The multiplied correction data is output to, for example, the phase correction unit 36a. Therefore, the phasing accuracy of the ultrasonic reception signal can be improved based on the correction data from the correction control unit 133. Thus, in the correction control unit 133, the phase correction memory 110 and the frequency memory 140 can be provided separately.

また、図14を用いて整相加算部の他の実施例を説明する。図2の整相加算部16では、振動子26a〜26mの数に対応させて位相補正部36a〜36mが設けられているが、それに代えて、図14の整相加算部142では、画像化に使用する周波数帯域の数と振動子26a〜26mの数とを乗算した数の位相補正部146a〜146m・147a〜147mが設けられている。すなわち、図2の整相加算部16では振動子26a〜26mの設置個数と位相補正部36a〜36mの設置個数が等しいのに対し、図14の整相加算部142では、振動子26a〜26mの設置個数の2倍に相当する数の位相補正部144a〜144m・145a〜145mが設けられている。   Further, another embodiment of the phasing adder will be described with reference to FIG. In the phasing addition unit 16 of FIG. 2, phase correction units 36 a to 36 m are provided corresponding to the number of transducers 26 a to 26 m. Instead, the phasing addition unit 142 of FIG. The number of phase correction units 146a to 146m and 147a to 147m is provided by multiplying the number of frequency bands to be used by the number of transducers 26a to 26m. That is, in the phasing adder 16 of FIG. 2, the number of installed transducers 26a to 26m is equal to the number of installed phase correcting units 36a to 36m, whereas in the phasing adder 142 of FIG. 14, the transducers 26a to 26m. The number of phase correction units 144a to 144m and 145a to 145m corresponding to twice the number of installed is provided.

図14に示すとおり、整相加算部142は、振動子26a〜26mの数に対応したAD変換部32a〜32mと、AD変換部32a〜32mの数に対応した遅延部34a〜34mとが設けられている。そして、遅延部34a〜34mの各々の後段には2つの位相補正部が設けられている。例えば、遅延部34aの後段には位相補正部144aと位相補正部145aが設けられており、遅延部34mの後段には位相補正部144mと位相補正部145mが設けられている。また、位相補正部144a〜144m・145a〜145mの数に対応させてフィルタ146a〜146m・147a〜147mが設けられている。例えば、位相補正部144aにはフィルタ146aが取り付けられており、位相補正部145aにはフィルタ147aが取り付けられている。また、フィルタ146a〜146m・147a〜147mの後段にはAD変換部32a〜32mの個数と同じ数のレート変換部148a〜148mが設けられている。例えば、フィルタ146aとフィルタ147aの出力はレート変換部148aに入力され、フィルタ146mとフィルタ147mの出力はレート変換部148mに入力されるようになっている。そして、レート変換部148a〜148bからの出力を加算処理する加算部44が設けられている。なお、フィルタ146a〜146mは、FIRフィルタやIIRフィルタなどからなる帯域フィルタにより構成されている。また、レート変換部148a〜148mは、デシメータやセレクタなどから構成されている。   As shown in FIG. 14, the phasing addition unit 142 includes AD conversion units 32a to 32m corresponding to the number of transducers 26a to 26m, and delay units 34a to 34m corresponding to the number of AD conversion units 32a to 32m. It has been. Then, two phase correction units are provided in the subsequent stage of each of the delay units 34a to 34m. For example, a phase correction unit 144a and a phase correction unit 145a are provided after the delay unit 34a, and a phase correction unit 144m and a phase correction unit 145m are provided after the delay unit 34m. Further, filters 146a to 146m and 147a to 147m are provided corresponding to the number of phase correction units 144a to 144m and 145a to 145m. For example, a filter 146a is attached to the phase correction unit 144a, and a filter 147a is attached to the phase correction unit 145a. Further, the number of rate conversion units 148a to 148m equal to the number of AD conversion units 32a to 32m are provided in the subsequent stage of the filters 146a to 146m and 147a to 147m. For example, the outputs of the filters 146a and 147a are input to the rate conversion unit 148a, and the outputs of the filters 146m and 147m are input to the rate conversion unit 148m. An adder 44 that adds the outputs from the rate converters 148a to 148b is provided. Note that the filters 146a to 146m are configured by band-pass filters such as FIR filters and IIR filters. The rate conversion units 148a to 148m are configured by a decimator, a selector, and the like.

このように構成される整相加算部142は、2種類の周波数帯域を画像化することができる。例えば、生体非線形映像法のように超音波が生体など非線形媒体を伝播することにより送信周波数(基本周波数f)の2倍や3倍の高調波周波数となる反射信号を画像化する場合がある。このとき、各高調波周波数の4nfの公倍数例えば、24fとすると、2次高調波はn=3、3次高調波はn=4としてサンプリングクロックを設定することができる。設定されたサンプリングクロックにより超音波受信信号がADC32a〜32mによりサンプリングされる。このとき、位相補正部144a〜144mを2次高調波用に割当て制御するとともに、位相補正部145a〜145mを3次高調波用に割り当て制御する。ことにより、超音波受信信号の各高調波波面に各々整相することができ、2種類の周波数帯域を同時に画像化することができる。 The phasing addition unit 142 configured in this way can image two types of frequency bands. For example, a reflected signal having a harmonic frequency that is twice or three times the transmission frequency (fundamental frequency f 0 ) as a result of ultrasonic waves propagating through a non-linear medium such as a living body may be imaged as in the case of non-linear biological imaging. . At this time, if a common multiple of 4nf 0 of each harmonic frequency, for example, 24f 0 is set, the sampling clock can be set with n = 3 for the second harmonic and n = 4 for the third harmonic. The ultrasonic reception signals are sampled by the ADCs 32a to 32m by the set sampling clock. At this time, the phase correction units 144a to 144m are assigned and controlled for the second harmonic, and the phase correction units 145a to 145m are assigned and controlled for the third harmonic. As a result, phasing can be performed on each harmonic wave front of the ultrasonic reception signal, and two types of frequency bands can be simultaneously imaged.

すなわち、本実施形態の整相加算部142によれば、高調波を用いた撮像法に所望される受信周波数に対して十分なサンプリング周波数を有することができるとともに、振動子26a〜26mの各受信信号を整相するための位相精度を向上することができる。さらに、生体由来や造影剤由来の高調波成分を同時に複数帯域抽出して複数の高周波成分を画像化することができる。   That is, according to the phasing addition unit 142 of the present embodiment, it is possible to have a sufficient sampling frequency with respect to the reception frequency desired for the imaging method using harmonics, and to receive each of the transducers 26a to 26m. The phase accuracy for phasing the signal can be improved. Furthermore, a plurality of high frequency components can be imaged by simultaneously extracting a plurality of bands of harmonic components derived from a living body or a contrast medium.

また、フィルタ処理された信号がレート変換部148a〜148mにより例えばレートを1/2にデシメーションされて1信号2時系列信号に変換されるので、後段に設置された信号処理部18の回路規模を低減することができる。   Further, since the filtered signal is decimated by, for example, the rate by ½ by the rate conversion units 148a to 148m and converted into one signal and two time series signals, the circuit scale of the signal processing unit 18 installed in the subsequent stage is reduced. Can be reduced.

さらに、図15を用いて位相補正部の他の実施例を説明する。図15は2種類の周波数帯域を同時に処理する位相補正部143の構成例を示している。図14の位相補正部142では、例えば位相補正部144a、フィルタ146a、レート変換部148a、加算部44という順に各構成要素が設けられていたのに対し、図15の位相補正部143では、例えば位相補正部144a、加算部150a、フィルタ152a、レート変換部154という順に各構成要素が設けられている。   Further, another embodiment of the phase correction unit will be described with reference to FIG. FIG. 15 shows a configuration example of the phase correction unit 143 that simultaneously processes two types of frequency bands. In the phase correction unit 142 of FIG. 14, each component is provided in the order of, for example, the phase correction unit 144a, the filter 146a, the rate conversion unit 148a, and the addition unit 44, whereas in the phase correction unit 143 of FIG. Each component is provided in the order of a phase correction unit 144a, an addition unit 150a, a filter 152a, and a rate conversion unit 154.

すなわち、図15に示すとおり、位相補正部143には、超音波受信信号をサンプリングするADC32a〜32mと、ADC32a〜32mの数に相当する遅延部34a〜34mとが設けられている。また、遅延部34a〜34mに2次高調波用に割り当てられた位相補正部144a〜144mと3次高調波用に割り当てられた位相補正部145a〜145mとがそれぞれ1個ずつ設けられている。例えば、遅延部34aには位相補正部144aと位相補正部145aとが設けられており、遅延部34mには位相補正部144mと位相補正部145mとが設けられている。そして、位相補正部144a〜144mからの出力を加算処理する加算部150aと、位相補正部145a〜145mからの出力を加算処理する加算部150bとが設けられている。また、加算部150aの後段にフィルタ152aが設けられており、加算部152bの後段にフィルタ152bが設けられている。そして、フィルタ152aからの出力とフィルタ152bからの出力をレート変換するレート変換部154が備えられている。このような構成にすれば、図14に示される位相補正部142の場合に比べ、フィルタやレート変換部の数を低減することができる。   That is, as illustrated in FIG. 15, the phase correction unit 143 is provided with ADCs 32 a to 32 m that sample ultrasonic reception signals and delay units 34 a to 34 m corresponding to the number of ADCs 32 a to 32 m. Also, one phase correction unit 144a to 144m assigned to the second harmonic and one phase correction unit 145a to 145m assigned to the third harmonic are provided for each of the delay units 34a to 34m. For example, the delay unit 34a includes a phase correction unit 144a and a phase correction unit 145a, and the delay unit 34m includes a phase correction unit 144m and a phase correction unit 145m. An adder 150a that adds the outputs from the phase correctors 144a to 144m and an adder 150b that adds the outputs from the phase correctors 145a to 145m are provided. Further, a filter 152a is provided at the subsequent stage of the adder 150a, and a filter 152b is provided at the subsequent stage of the adder 152b. A rate conversion unit 154 that performs rate conversion between the output from the filter 152a and the output from the filter 152b is provided. With this configuration, the number of filters and rate conversion units can be reduced as compared with the case of the phase correction unit 142 shown in FIG.

なお、図14及び図15では、2種類の周波数帯域を画像化する場合の位相補正部142及び位相補正部143について説明したが、これに限られるものではない。例えば、3種類以上の周波数帯域を画像化する場合、位相補正部、加算部、フィルタ等の設置数を必要に応じて増加すればよい。   14 and 15, the phase correction unit 142 and the phase correction unit 143 in the case of imaging two types of frequency bands have been described. However, the present invention is not limited to this. For example, when imaging three or more types of frequency bands, the number of phase correction units, addition units, filters, and the like may be increased as necessary.

また、図16を用いて位相補正部の他の実施例を説明する。図16は2本の受信ビームを形成する場合の位相補正部143の構成例を示している。位相補正部156には、振動子の数に対応したADC32a〜32mが設けられており、各々のADCに遅延部158a〜158mと遅延部160a〜160mがそれぞれ1個ずつ設けられている。例えば、ADC32aには遅延部158aと遅延部160aとが設けられており、ADC32mには遅延部158mと遅延部160mとが設けられている。また、遅延部158a〜158mの数に対応して位相補正部144a〜144mが設けられており、遅延部160a〜160mの数に対応して位相補正部145a〜145mが設けられている。そして、位相補正部144a〜144mからの出力を加算する加算部150aと、位相補正部145a〜145mからの出力を加算する加算部150bとが設けられている。加算部150aの後段にはフィルタ152aが設けられており、加算部150bの後段にはフィルタ152bが設けられている。そのフィルタ152aとフィルタ152bの出力をレート変換するレート変換部154とが設けられている。なお、フィルタ152a〜152bは、FIRフィルタやIIRフィルタなどからなる帯域フィルタにより構成されている。また、レート変換部154は、デシメータやセレクタなどから構成されている。   Another embodiment of the phase correction unit will be described with reference to FIG. FIG. 16 shows a configuration example of the phase correction unit 143 when two reception beams are formed. The phase correction unit 156 is provided with ADCs 32a to 32m corresponding to the number of transducers, and each ADC is provided with one delay unit 158a to 158m and one delay unit 160a to 160m. For example, the ADC 32a is provided with a delay unit 158a and a delay unit 160a, and the ADC 32m is provided with a delay unit 158m and a delay unit 160m. Phase correction units 144a to 144m are provided corresponding to the number of delay units 158a to 158m, and phase correction units 145a to 145m are provided corresponding to the number of delay units 160a to 160m. An adder 150a that adds outputs from the phase correctors 144a to 144m and an adder 150b that adds outputs from the phase correctors 145a to 145m are provided. A filter 152a is provided following the adder 150a, and a filter 152b is provided following the adder 150b. A rate converter 154 that converts the output of the filter 152a and the filter 152b is provided. Note that the filters 152a to 152b are configured by band-pass filters such as FIR filters and IIR filters. The rate conversion unit 154 includes a decimator and a selector.

まず、超音波受信信号をサンプリングするADC32a〜32mのサンプリングクロックすなわち4nfクロックが、第1のビームと第2のビームに係る超音波受信信号の波面の間に調整される。そのサンプリングクロックによりサンプリングされたデジタル信号がADC32a〜32mからそれぞれ出力される。そして、例えばADC32aから出力された信号のうち第1のビームに係る信号は遅延部158aにより遅延処理される一方、ADC32aから出力された信号のうち第2のビームに係る信号は遅延部160aにより遅延処理される。遅延部158a〜158mにより遅延された受信信号は位相補正部144a〜144mによりそれぞれ位相補正され、位相補正された信号は加算部150aにより加算される。また、遅延部160a〜160mにより遅延された受信信号は位相補正部145a〜145mによりそれぞれ位相補正され、位相補正された信号は加算部150bにより加算される。加算部150aにより加算された第1のビームに係る信号はフィルタ152aにより不要周波数帯域が除去され、フィルタ処理された信号はレート変換部154によりレート変換される。また、加算部150bにより加算された第2のビームに係る信号はフィルタ152bによりフィルタ処理され、フィルタ処理された信号はレート変換部154によりレート変換される。 First, the sampling clocks of the ADCs 32a to 32m that sample the ultrasonic reception signals, that is, 4nf 0 clocks, are adjusted between the wavefronts of the ultrasonic reception signals related to the first beam and the second beam. Digital signals sampled by the sampling clock are output from the ADCs 32a to 32m, respectively. For example, the signal related to the first beam among the signals output from the ADC 32a is delayed by the delay unit 158a, while the signal related to the second beam among the signals output from the ADC 32a is delayed by the delay unit 160a. It is processed. The reception signals delayed by the delay units 158a to 158m are phase-corrected by the phase correction units 144a to 144m, respectively, and the phase-corrected signals are added by the addition unit 150a. In addition, the received signals delayed by the delay units 160a to 160m are phase-corrected by the phase correction units 145a to 145m, respectively, and the phase-corrected signals are added by the addition unit 150b. An unnecessary frequency band is removed by the filter 152a from the signal related to the first beam added by the adder 150a, and the rate of the filtered signal is converted by the rate converter 154. Further, the signal related to the second beam added by the adder 150b is subjected to filter processing by the filter 152b, and the rate-converted signal is rate-converted by the rate converter 154.

このような位相補正部156によれば、フィルタ152aにより第1のビームを位相補正して形成すると同時に、フィルタ152bにより第2のビームを位相補正して形成することができる。すなわち、波面同期サンプリング整相法において、受信信号を整相するための位相精度を向上させるとともに、同時に複数ビームを形成することができる。その結果、画像のフレームレートや空間分解能を向上させることができる。なお、3本以上のビームを形成する場合は、遅延部、位相補正部、加算部、フィルタ部の数を必要に応じて増加すればよい。   According to such a phase correction unit 156, it is possible to form the first beam by correcting the phase by the filter 152a and at the same time form the second beam by correcting the phase by the filter 152b. That is, in the wavefront synchronous sampling phasing method, the phase accuracy for phasing the received signal can be improved and a plurality of beams can be formed simultaneously. As a result, the frame rate and spatial resolution of the image can be improved. When three or more beams are formed, the number of delay units, phase correction units, addition units, and filter units may be increased as necessary.

本発明を適用してなる超音波診断装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the ultrasonic diagnosing device to which this invention is applied. 整相加算部の構成例を示している。The structural example of the phasing addition part is shown. サンプリングクロック生成部の構成例を示している。2 shows a configuration example of a sampling clock generation unit. 遅延制御部の構成例を示している。The structural example of the delay control part is shown. 遅延制御部の他の構成例を示している。The other structural example of the delay control part is shown. 位相補正部の構成例を示している。The structural example of the phase correction part is shown. 位相補正制御部の構成例を示している。The structural example of the phase correction control part is shown. 位相補正部と位相補正制御部の他の構成例を示している。The other example of a structure of the phase correction part and the phase correction control part is shown. 受信信号の周波数帯域を補正する位相補正部の構成例を示している。The structural example of the phase correction | amendment part which correct | amends the frequency band of a received signal is shown. 受信信号の周波数帯域を補正する位相補正制御部の他の構成例を示している。The other structural example of the phase correction control part which correct | amends the frequency band of a received signal is shown. 受信信号の位相と周波数帯域を補正する位相補正部の構成例を示している。2 shows a configuration example of a phase correction unit that corrects the phase and frequency band of a received signal. 受信信号の位相と周波数帯域を補正する位相補正制御部の他の構成例を示している。The other example of a structure of the phase correction control part which correct | amends the phase and frequency band of a received signal is shown. 受信信号の位相と周波数帯域を補正する位相補正制御部の他の構成例を示している。The other example of a structure of the phase correction control part which correct | amends the phase and frequency band of a received signal is shown. 整相加算部の他の構成例を示している。The other example of a structure of the phasing addition part is shown. 整相加算部の他の構成例を示している。The other example of a structure of the phasing addition part is shown. 整相加算部の他の構成例を示している。The other example of a structure of the phasing addition part is shown.

符号の説明Explanation of symbols

1 超音波診断装置
10 探触子
16 整相加算部
18 信号処理部
20 画像構成部
22 表示部
24 制御部
26a 振動子
32a ADC
34a 遅延部
36a 位相補正部
38 クロック生成部
40 遅延制御部
42 位相補正制御部
46 4nf生成部
48 位相遅延部
50 クロック選択部
52 制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ultrasonic diagnostic apparatus 10 Probe 16 Phase adjustment addition part 18 Signal processing part 20 Image structure part 22 Display part 24 Control part 26a Vibrator 32a ADC
34a delay unit 36a phase correction unit 38 clock generation unit 40 delay control unit 42 phase correction control unit 46 4nf 0 generation unit 48 phase delay unit 50 clock selection unit 52 control unit

Claims (4)

被検体との間で超音波を送受する複数の振動子を配列してなる探触子と、前記各振動子により受信された受信信号をサンプリングクロックに同期してデジタル信号に変換するAD変換部と、受信波面に同期させて前記サンプリングクロックを生成するクロック生成部と、前記AD変換部により変換されたデジタル信号を整相して加算する整相加算部と、該加算された受信信号から超音波画像を構成する画像構成部とを備え、
前記整相加算部は、前記AD変換されたデジタル信号をあらかじめ設定された複数の受信ビームに基づいて並列に整相処理し、該整相処理された前記複数の受信ビームごとのデジタル信号を加算して、複数の受信ビームを形成することを特徴とする超音波診断装置。
A probe formed by arranging a plurality of transducers that transmit and receive ultrasonic waves to and from the subject, and an AD conversion unit that converts received signals received by the transducers into digital signals in synchronization with a sampling clock A clock generation unit that generates the sampling clock in synchronization with the reception wavefront, a phasing addition unit that phasing and adding the digital signals converted by the AD conversion unit, and a superposition from the added reception signal An image composing unit that constitutes a sound wave image,
The phasing addition unit performs phasing processing on the AD-converted digital signal in parallel based on a plurality of preset reception beams, and adds the digital signals for the plurality of reception beams subjected to the phasing processing. Then, an ultrasonic diagnostic apparatus characterized by forming a plurality of reception beams.
前記整相加算部は、前記AD変換されたデジタル信号のそれぞれに対して前記複数の受信ビームごとに並列して複数設けられ、前記デジタル信号を遅延処理する遅延部と、該遅延部のそれぞれに対して設けられ、前記遅延処理されたデジタル信号を位相補正する位相補正部と、該位相補正された前記複数の受信ビームごとのデジタル信号を加算する加算部とを含んでなる請求項1の超音波診断装置。   A plurality of the phasing and adding units are provided in parallel for each of the plurality of reception beams with respect to each of the AD-converted digital signals, and a delay unit that delays the digital signals, and a delay unit And a phase correcting unit provided for the phase correction of the delayed digital signal and an adding unit for adding the phase-corrected digital signals for each of the plurality of received beams. Ultrasonic diagnostic equipment. 前記クロック生成部は、前記サンプリングクロックを前記受信信号の周波数に基づいて生成する手段を含んでなることを特徴とする請求項1に記載の超音波診断装置。   The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the clock generation unit includes means for generating the sampling clock based on a frequency of the reception signal. 前記クロック生成部は、前記受信信号の周波数の4の自然数倍に相当する周波数を有するサンプリングクロックを生成することを特徴とする請求項3に記載の超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 3, wherein the clock generation unit generates a sampling clock having a frequency corresponding to a natural number multiple of 4 of the frequency of the reception signal.
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