JP2009153773A - Ultrasonic diagnostic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波診断装置に関し、特に、配列振動子により送受信を行う超音波診断装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus, and more particularly to an ultrasonic diagnostic apparatus that transmits and receives using an array transducer.
体内の組織の形状や血流状態を表示する超音波診断装置の原理はすでに広く知られている。超音波診断装置の概略の動作について図4を用いて説明する。 The principle of an ultrasonic diagnostic apparatus for displaying the shape of a body tissue and the blood flow state is already widely known. The general operation of the ultrasonic diagnostic apparatus will be described with reference to FIG.
送信部1でつくられた送信パルスは、開口切替器2を経て探触子3内の複数の振動子(図示なし)を駆動し、発生した超音波パルスは被検体(図示なし)に照射される。
The transmission pulse generated by the
図示されない被検体内部で反射した信号は探触子3内の図示されない複数の振動子において電気信号に戻され、開口切替器2およびリミッタ4を介して受信部5に入力する。
Signals reflected inside the subject (not shown) are returned to electrical signals by a plurality of transducers (not shown) in the
受信部5においては、図示されないA/D変換器でエコー信号はディジタルに変換され、図示されないディジタル遅延器と加算器で遅延加算される。
In the
遅延加算された信号は信号処理部6で用途に即した信号処理を行なう。例えばBモードの場合は振幅情報が抽出され、ドプラモードの場合はエコー信号に位相検波を行ない、複数の信号を比較して位相の回転量から速度情報を得る。
The signal subjected to delay addition is subjected to signal processing in accordance with the application by the
このように加工されたデータは画像構成部7で走査変換など表示に即した形にされ、表示部8に表示される。
The data processed in this way is converted into a form suitable for display such as scan conversion in the
システム全体の制御は制御部9により行なわれる。
Control of the entire system is performed by the
次にビームフォーマ部についての説明を図5を用いて行なう。 Next, the beamformer unit will be described with reference to FIG.
探触子1の内部には振動子11〜26があり、図示されない送信器で送出されたパルスで駆動される。高圧スイッチ27は駆動する振動子を選択するためのもので、図の状態では、振動子11〜18が選択されている。この高圧スイッチ27を順次切り替えることで開口の位置を動かすことが可能である。
Inside the
受信においては、振動子(この図の状態では振動子10〜17)で得た受信信号はリミッタ31〜38を介して受信部5に入力する。リミッタ31〜38は高圧の送信パルスにより受信回路が破壊されないよう、パルスの振幅に制限を加えるものである。
In reception, a reception signal obtained by the vibrator (the
受信部5に入力した信号はゲイン可変アンプ41〜48により適切な振幅に増幅され、A/D変換器51〜58によりディジタル信号に変換される。変換タイミングは制御部9のA/D変換クロック発生部28により定められる。
The signal input to the
ディジタル化された信号はディジタル遅延器61〜68により所定の遅延がかけられ、加算器69により加算される(例えば、特許文献1参照)。
The digitized signal is delayed by a predetermined delay by
超音波診断装置の構成の別の例について図6を用いて説明する。 Another example of the configuration of the ultrasonic diagnostic apparatus will be described with reference to FIG.
この図では図5と比較してリミッタ4と受信部6の間にソート部10がある点が異なる。
This figure is different from FIG. 5 in that there is a
リニア走査と呼ばれる方式においては、送受信のビームを偏向させることがないため、ディジタル遅延器に与えられる遅延の量は開口中心を軸に対称となる。これを利用して開口中心から等しい位置にある信号をあらかじめ加算してから遅延を行なうことで、回路物量を低減することが可能になる。この方法を一般にフォールドオーバと呼ぶ。 In a method called linear scanning, since the transmitted and received beams are not deflected, the amount of delay given to the digital delay device is symmetric about the aperture center. By using this and adding a signal at the same position from the center of the aperture in advance and then performing a delay, it becomes possible to reduce the amount of circuit components. This method is generally called foldover.
フォールドオーバに対応したビームフォーマの図を図8に示す。 A diagram of a beamformer corresponding to foldover is shown in FIG.
ソート部10は電圧−電流変換器71〜78、クロスポイントスイッチ(CPS)79、電流−電圧変換器81〜84より構成される。
The
CPS79を通過されるときに電流信号に変換させることで、信号の加算を行なっている。
従来の超音波診断装置のビームフォーマにおいて、A/D変換の速度は入力信号に対して十分高速である必要があった。 In a conventional beam former of an ultrasonic diagnostic apparatus, the A / D conversion speed needs to be sufficiently high with respect to an input signal.
しかしながら、体表などの微細な構造を見ようとすると、送信/エコー周波数を高くする必要があり、A/D変換の速度を上げねばならなくなり、それはコストの増加を招くという問題点があった。 However, when looking at a fine structure such as the body surface, it is necessary to increase the transmission / echo frequency, and the speed of A / D conversion must be increased, which increases the cost.
本発明は高周波信号を用いた場合でも、従来と同等の速度のA/D変換により良好な画質を提供することを目的とするものである。 An object of the present invention is to provide a good image quality by A / D conversion at a speed equivalent to that of the prior art even when a high-frequency signal is used.
本発明は、A/D変換器を複数の群に分けることで、課題を解決するものである。
本発明の超音波診断装置は被検体内に超音波を送受信する複数の振動子からなる探触子と、前記複数の振動子を駆動する複数の送信部と、前記複数の送信部の駆動出力をそれぞれどの振動子に接続するかを決定する複数の高圧スイッチと、
前記複数の振動子から得たエコー信号を複数のA/D変換器でA/D変換しディジタル遅延を行ない加算するビーム形成器と、を有し、
前記ビームフォーマの複数のA/D変換器に加えるA/D変換器の変換クロックの位相に複数の位相を用いる。
The present invention solves the problem by dividing A / D converters into a plurality of groups.
An ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention includes a probe including a plurality of transducers that transmit and receive ultrasonic waves in a subject, a plurality of transmission units that drive the plurality of transducers, and drive outputs of the plurality of transmission units. A plurality of high-voltage switches that determine which transducer to connect to,
A beam former that performs A / D conversion on the echo signals obtained from the plurality of transducers by a plurality of A / D converters, adds a digital delay, and
A plurality of phases are used for the phase of the conversion clock of the A / D converter applied to the plurality of A / D converters of the beamformer.
その結果、A/D変換器を複数の群に分け、群ごとに変換タイミングを変えることで、課題を解決するものである。 As a result, the problem is solved by dividing the A / D converters into a plurality of groups and changing the conversion timing for each group.
請求項2の発明においては、隣り合う振動子の信号をA/D変換タイミングを変えることで高周波入力に対応するものである。 According to the second aspect of the present invention, the signals of adjacent vibrators are adapted to high frequency input by changing the A / D conversion timing.
請求項3の発明においては、高圧スイッチとA/D変換器の間にクロスポイントスイッチを設け、開口たたみを可能にすることで回路物量、コストを低減するものである。
In the invention of
請求項4の発明においては、請求項3の発明において、クロスポイントスイッチの接続を開口の中心において1対2に、開口の端部では1対1にすることで、画質を維持しつつ、回路物量を低減するものである。
In the invention of claim 4, in the invention of
請求項5の発明においては、請求項3の発明において、クロスポイントスイッチの接続を開口の端部においては、接続しない振動子を設けることで、画質を維持しつつ、回路物量を低減するものである。 According to a fifth aspect of the invention, in the third aspect of the invention, the cross-point switch connection is provided at the end of the opening by providing a vibrator that is not connected, thereby reducing the circuit quantity while maintaining the image quality. is there.
請求項6の発明においては、請求項3の発明において、開口の中心部で2つの振動子を変換タイミングの異なる2つのA/D変換器で変換することで高い周波数の信号を精度よく計測するものである。
In the invention of
請求項7の発明においては、請求項3の発明において、クロスポイントスイッチの前に電圧−電流変換器、クロスポイントスイッチの後に電流−電圧変換器を設置し、接続されるA/D変換器の数がA/D変換器の入力電圧に反映されるようにしたことで、信号処理の量を低減するものである。
In the invention of
本発明の超音波診断装置によれば、高周波信号を用いた場合でも、従来と同等の速度のA/D変換により良好な画質を提供するため制御部から供給するクロックを正相、逆相の2通り用意し、A/D変換器において隣り合う振動子が異なる位相になるようにクロックを選択することで、サンプリング周波数を上げずに遅延加算を精度良く行なえる。 According to the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention, even when a high-frequency signal is used, the clock supplied from the control unit in order to provide a good image quality by A / D conversion at the same speed as the conventional one is in the normal phase and the reverse phase. By preparing two types and selecting clocks so that adjacent transducers have different phases in the A / D converter, delay addition can be performed with high accuracy without increasing the sampling frequency.
以下、本発明の実施について、図1〜3を用いて説明する。 Hereinafter, implementation of this invention is demonstrated using FIGS. 1-3.
(実施の形態1)
図1は本発明の第1の実施の形態における超音波診断装置のビームフォーマのブロック図である。図1(a)は図5と比較して、制御部9におけるA/D変換クロックが2系統になっており、正相、逆相の2つのクロックが供給されており、受信部5のA/D変換器51〜58のそれぞれが2つのクロックのうち一方を選択することが異なっている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block diagram of a beam former of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the first embodiment of the present invention. Compared with FIG. 5, FIG. 1A has two systems of A / D conversion clocks in the
図1(a)は、8チャンネルの開口におけるクロックの選択について示している。 FIG. 1A shows the selection of a clock in an 8-channel opening.
開口中心を境に正相、逆相の順にクロックが配置される。 Clocks are arranged in the order of normal phase and reverse phase with the opening center as a boundary.
超音波信号を受信する際に、隣合うチャンネル間では遅延量の差が小さいため、隣り合う信号の一方を正相、もう一方を逆相で変換することで、見かけ上のサンプリング速度を2倍にすることが可能である。 When receiving an ultrasonic signal, the difference in delay between adjacent channels is small, so converting one of the adjacent signals in the normal phase and the other in the reverse phase doubles the apparent sampling rate. It is possible to
このことによりA/D変換器の速度を速くすることなく、高周波のエコー信号に対応することが可能となる。 This makes it possible to deal with high-frequency echo signals without increasing the speed of the A / D converter.
(実施の形態2)
図2は本発明の第2の実施の形態における超音波診断装置のビームフォーマのブロック図である。
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a block diagram of a beam former of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the second embodiment of the present invention.
図2(a)は従来例2において、実施の形態1の2相クロックを適用したものである。この実施の形態においては、CPS(クロスポイントスイッチ)79において信号の順序がソートできるので、A/D変換器のクロックを切り替える必要がなくなる。 FIG. 2A shows a case where the two-phase clock according to the first embodiment is applied to the second conventional example. In this embodiment, since the order of signals can be sorted by a CPS (cross point switch) 79, it is not necessary to switch the clock of the A / D converter.
図2(b)は、8チャンネルの開口におけるクロックの選択について示している。さらに、A/D変換器を複数の群に分け、群ごとに変換タイミングを変えることができる。 FIG. 2B shows the selection of the clock in the 8-channel opening. Further, the A / D converter can be divided into a plurality of groups, and the conversion timing can be changed for each group.
(実施の形態3)
図3(a)−(c)は本発明の第3の実施の形態における超音波診断装置のビームフォーマにおけるCPS部の接続の例である。
(Embodiment 3)
FIGS. 3A to 3C show examples of connection of CPS units in the beam former of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the third embodiment of the present invention.
図3(a)−(c)は32チャンネルの開口を想定したもので、その半分を示している。上が開口の端部、下が開口中心となる。振動子を黒で表したものが2つの(変換クロックの位相の異なる)A/D変換器で変換するもので、斜線の振動子は1つのA/D変換器でディジタル変換を行なうもの、白は用いない振動子である。また、A/D変換器は黒が正相、白が逆相を表す。 FIGS. 3A to 3C assume a 32-channel opening, and show half of them. The top is the edge of the opening and the bottom is the opening center. The transducers expressed in black are converted by two A / D converters (with different conversion clock phases), and the shaded transducers are digitally converted by one A / D converter, white Is a vibrator that is not used. In the A / D converter, black represents the normal phase and white represents the reverse phase.
開口の中心付近では隣り合う振動子の遅延時間差が少ないので、複数のA/D変換器を用いて見かけ上のサンプリング周波数を上げている。開口の端部においては隣り合う振動子で遅延時間の差が大きいのでバラバラの位相で信号が入ってきていると見做すことができ、1つの振動子に対し複数のA/D変換器を使う必要がなくなる。 In the vicinity of the center of the opening, the difference in delay time between adjacent transducers is small, so that the apparent sampling frequency is increased using a plurality of A / D converters. At the end of the opening, the difference in delay time between adjacent vibrators is large, so it can be considered that signals are coming in with different phases, and a plurality of A / D converters can be connected to one vibrator. No need to use it.
また、端部においては、図3(b)のように端部において用いない振動子を設け、間引くことで見かけ上の開口を広くすることができる。 Further, at the end, as shown in FIG. 3B, a vibrator that is not used at the end is provided, and the apparent opening can be widened by thinning.
さらに、中心部においては、図3(c)のように、2つの振動子を束ね、2つのクロック位相の異なるA/D変換器でディジタル化を行なうことも可能である。 Furthermore, in the central portion, as shown in FIG. 3C, two transducers can be bundled and digitized by two A / D converters having different clock phases.
なお、これらの図では、端部の配列について、間を空ける、空けないの2つのパターン、中心部について1つの振動子を2つのA/D変換器に接続する、2つの振動子を束ねて2つのA/D変換器に接続するパターンを示したが、これらのパターンを混在させてもよい。 In these figures, the arrangement of end portions is bundled with two patterns that are spaced apart from each other, and two transducers that connect one transducer to two A / D converters at the center. Although the patterns connected to the two A / D converters are shown, these patterns may be mixed.
類似の手法としては、例えば特許文献1のような手法が知られているが、特許文献1の手法においては、全ての振動子に対し複数のA/D変換器を用いるため、A/D変換器の必要量が増加してしまい、コストが下がらないという問題がある。これに対して、本発明の手法によれば、位相の揃っている開口中心のみに複数のA/D変換器を割り当てることで、コストの問題を回避しつつ、ビームフォーマを高周波に対応させることが可能である。
As a similar method, for example, a method like
さらに、この方法においては、クロスポイントスイッチ内での信号を電流に変換しているので、図3(d)のように出力に2個のA/Dを接続すると、出力される電流が半分になり、電圧に変換したときの振幅が半分になる。1つの振動子から得た信号を2つのA/D変換器でディジタル変換し、遅延加算に用いようとするならば、振幅を半分にする必要があり、この回路においては、回路の増設なく振幅を半分にすることを可能にしている。 Furthermore, in this method, since the signal in the crosspoint switch is converted to a current, when two A / Ds are connected to the output as shown in FIG. 3D, the output current is halved. Thus, the amplitude when converted to voltage is halved. If the signal obtained from one transducer is digitally converted by two A / D converters and used for delay addition, the amplitude must be halved. In this circuit, the amplitude is not increased. Can be halved.
本発明は上記実施の形態より明らかなように、ビームフォーマにおいて高速なA/D変換器を用いることなく、高周波エコー信号を精度良く遅延加算することができ、安価に性能の高い超音波診断装置を実現することができる。 As is clear from the above-described embodiment, the present invention is capable of delay-adding high-frequency echo signals with high accuracy without using a high-speed A / D converter in the beamformer, and has high performance at low cost. Can be realized.
1 送信部
2 開口切替器
3 探触子
4 リミッタ
5 受信部
6 信号処理部
7 画像構成部
8 表示部
9 制御部
10 ソート部
11〜26 振動子
27 高圧スイッチ
28 A/D変換クロック発生部
29 位相反転器
31〜38 リミッタ
41〜48 ゲイン可変アンプ
51〜58,151〜166 A/D変換器
61〜68 ディジタル遅延器
69 加算器
71〜78 VーI変換器
79 クロスポイントスイッチ(CPS)
81〜84 I−V変換器
DESCRIPTION OF
81-84 I-V converter
Claims (7)
前記複数の振動子から得たエコー信号を複数のA/D変換器でA/D変換しディジタル遅延を行ない加算するビーム形成器と、を有し、
前記ビームフォーマの複数のA/D変換器に加えるA/D変換器の変換クロックの位相に複数の位相を用いることを特徴とする超音波診断装置。 A probe composed of a plurality of transducers for transmitting and receiving ultrasonic waves in a subject, a plurality of transmission units for driving the plurality of transducers, and a transducer to which the drive outputs of the plurality of transmission units are connected A plurality of high pressure switches to determine,
A beam former that performs A / D conversion on the echo signals obtained from the plurality of transducers by a plurality of A / D converters, adds a digital delay, and
An ultrasonic diagnostic apparatus using a plurality of phases as the phase of a conversion clock of an A / D converter applied to a plurality of A / D converters of the beam former.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007336255A JP2009153773A (en) | 2007-12-27 | 2007-12-27 | Ultrasonic diagnostic apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2007336255A JP2009153773A (en) | 2007-12-27 | 2007-12-27 | Ultrasonic diagnostic apparatus |
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Family Applications (1)
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JP2007336255A Pending JP2009153773A (en) | 2007-12-27 | 2007-12-27 | Ultrasonic diagnostic apparatus |
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2007
- 2007-12-27 JP JP2007336255A patent/JP2009153773A/en active Pending
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