JP3886366B2 - Ultrasonic diagnostic equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波診断装置に関し、特に通常のBモード、SCWドプラモード、高い周波数モードの3つを1つの遅延加算系統で処理するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、偏向可能な連続波(Steerable Continuous Wave、以下SCWと略す)ドプラ機能を有する超音波診断装置は、特表平10−506801号公報に記載されたものが知られている。
【0003】
図11は従来の超音波診断装置の構成を示すブロック図である。図11において従来の超音波診断装置は、探触子21(振動子100a〜100dで構成される)、送信ビームフォーマ22、第1受信ビームフォーマ23、位相検波器24、25、位相シフタ26、27、加算器A11、A12、A/D変換器A/D11、A/D12、位相シフトデータ発生器29、周波数解析部30、Bモード処理部31、表示部32などにより構成されている。
【0004】
位相シフタ26、27、加算器A11、A12により第2受信ビームフォーマ28を構成する。第1ビームフォーマ23は最近では、受信信号をA/D変換し、ディジタル信号に変換してから遅延加算を行なうディジタルビームフォーマが多く用いられるようになってきている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら以上で述べた従来例では、RFチャンネル用の第1受信ビームフォーマが有する演算機能を、SCWドプラにおいて利用できず回路規模が増大するという問題点を有していた。
【0006】
また、A/D変換周波数に限界があり、このため高い周波数を用いる場合には、エコー信号が折り返しを起こすなどの問題点を有していた。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記従来の問題点を解決するために、受信ビームフォーマ前段に位相検波器とA/D変換器と該A/D変換器の入力を前記位相検波器を介して行なうか介さずに行なうかを選択するスイッチを設け、SCWドプラ時にはベースバンド検波を、高い周波数を使用する際にはエコー信号の周波数より低い中間周波数にシフトさせ、それより低いエコー周波数においては前記スイッチを前記位相検波器を介しないように接続することにより、第2受信ビームフォーマを必要とせず、かつ、高い周波数にも対応することができる超音波診断装置を提供するものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図1〜図10を用いて説明する。
【0010】
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。図1において超音波診断装置は、探触子21(振動子100a〜100dで構成される)、送信ビームフォーマ22、振動子で受信したエコー信号の振り分けおよび加算を行なうMUX兼加算器101、位相検波器24、25(ミキサM1〜M4と、バンドパスフィルタBPF1〜BPF4で構成される)、位相検波器24、25に参照信号を与えるための信号発生器34、MUX兼加算器101、位相検波器24、25のどちらかの信号を選択するスイッチSW1〜SW4、受信ビームフォーマ23、受信ビームフォーマ内での移相角を制御する信号を発生する位相シフトデータ発生器33、周波数解析部30、Bモード処理部31、表示部32などにより構成されている。
【0011】
次に本実施の形態に係る超音波診断装置の動作を説明する。まず、通常のBモードにおいては、図2(a)に示すようにMUX兼加算器101の内部は接続され、スイッチSW1〜SW4はaに接続される結果、振動子100a〜100dで受信されたエコー信号はそのまま受信ビームフォーマ23に入力し、Bモード処理され、表示部32に表示される。
【0012】
次にSCWドプラモードにおける動作について説明する。SCWドプラモードにおいては、探触子21のうちの半分の振動子、ここでは振動子100a、100bにより連続波が送信され、振動子100c、100dによりエコー信号が受信される。
【0013】
SCWドプラモードの場合、MUX兼加算器101の接続は図2(b)に示すように接続される。したがって振動子100c、100dで受信されたエコー信号は位相検波器24、25に入力される。また信号発生器34からはエコー信号に対して、Aラインの信号がBラインに比べ位相が90度異なる同一の周波数の信号が出力されている。
【0014】
位相検波器24、25の出力信号はスイッチSW1〜SW4を経て受信ビームフォーマ23に入力される。受信ビームフォーマ23は図3に示すように、遅延器DL1〜DL4、乗算器MP1〜MP4及び加算器ADD1〜ADD3から構成されている。遅延器DL1〜DL4により定められた量の遅延をかけられた後、乗算器MP1〜MP4において位相シフトデータ発生器33のデータ(重み付け係数)にもとづいて乗算され、加算器ADD1〜ADD3により加算される。このとき隣り合った2つの信号、例えばスイッチSW1の出力とスイッチSW2の出力は直交検波の2信号であり、これらに適当な重み付けをして加算することで、任意の位相の信号を作成することが可能である。
【0015】
受信ビームフォーマ23の出力は周波数解析部30で周波数解析され、表示部32に表示される。
【0016】
最後にエコー信号周波数が高い場合における動作について説明する。この場合、MUX兼加算器101の接続は図2(c)に示すように接続され、隣り合った2つのチャンネルの信号が加算されて、位相検波器24、25に入力する。信号発生器34からはエコー信号をより低い周波数にシフトするための信号が出力されている。例えばエコー信号が20MHzのとき、信号発生器34の出力周波数は15MHzというようになり、周波数の差信号5MHzが位相検波器24、25から出力される(35MHzの和信号はBPF1〜BPF4によりカットされる)。
【0017】
位相検波器24、25の出力信号はスイッチSW1〜SW4を経て受信ビームフォーマ23に入力する。受信ビームフォーマ23は図3に示すように、遅延器DL1〜DL4、乗算器MP1〜MP4及び加算器ADD1〜ADD3から構成されている。遅延器DL1〜DL4により定められた量の遅延をかけられた後、乗算器MP1〜MP4において位相シフトデータ発生器33のデータ(重み付け係数)にもとづいて乗算され、加算器ADD1〜ADD3により加算される。このとき隣り合った2つの信号、例えばスイッチSW1の出力とスイッチSW2の出力は直交検波の2信号であり、これらに適当な重み付けをして加算することで、任意の位相の信号を作成することが可能である。
【0018】
受信ビームフォーマ23の出力はBモード処理部31を経て、表示部32に表示される。
【0019】
このように本発明の第1の実施の形態に係る超音波診断装置は、通常のBモード、SCWモード、高いエコー周波数モードの3つを同一の受信ビームフォーマ23にて処理することが可能である。
【0020】
(第2の実施の形態)
図4は、本発明の第2の実施の形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。図4において超音波診断装置は、探触子21(振動子100a〜100dで構成される)、送信ビームフォーマ22、振動子で受信したエコー信号の振り分けおよび加算を行なうMUX111、位相検波器124、125(ミキサM1〜M4と、バンドパスフィルタBPF1〜BPF4で構成される)、位相検波器124、125に参照信号を与えるための信号発生器134、MUX111、位相検波器124、125のどちらかの信号を選択するスイッチSW1〜SW4、受信ビームフォーマ123、受信ビームフォーマ123内での移相角を制御する信号を発生する位相シフトデータ発生器133、MUXおよび加算器135、周波数解析部130、Bモード処理部131、表示部32などにより構成されている。
【0021】
次に本実施の形態に係る超音波診断装置の動作を説明する。まず、通常のBモードにおいては、図5(a)に示すようにMUX111の内部は接続され、スイッチSW1〜SW4はaに接続される結果、振動子100a〜100dで受信されたエコー信号はそのまま受信ビームフォーマ123に入力し、Bモード処理され、表示部32に表示される。MUXおよび加算器135は入力aと出力a、入力bと出力bが接続された状態である。
【0022】
次にSCWドプラモードにおける動作について説明する。SCWドプラモードにおいては、探触子21のうちの半分の振動子、ここでは振動子100a、100bにより連続波が送信され、振動子100c、100dによりエコー信号が受信される。
【0023】
SCWドプラモードの場合、MUX111の接続は図5(b)に示されるように接続される。したがって振動子100cで受信されたエコー信号は位相検波器124のミキサM1、M2に、振動子100dで受信されたエコー信号は位相検波器125のミキサM3、M4に入力される。信号発生器134からはエコー信号に対して、Aラインの信号がBラインに比べ位相が90度異なる同一の周波数の信号が出力されている。以下の動作は上記した第1の実施の形態と同様である。MUXおよび加算器135は入力aと出力a、入力bと出力bが接続された状態である。
【0024】
最後にエコー信号周波数が高い場合における動作について説明する。MUX111の接続は図5(c)に示されるように接続されており、振動子100a〜100dの信号はそれぞれ位相検波器124、125のミキサM1〜M4に入力する。信号発生器134からはエコー信号をより低い周波数にシフトするための信号が出力されている。例えばエコー信号が20MHzのとき、信号発生器134の出力周波数は15MHzというようになり、周波数の差信号5MHzが位相検波器124、125から出力される(35MHzの和信号はBPF1〜BPF4によりカットされる)。
【0025】
位相検波器124、125の出力信号はスイッチSW1〜SW4を経て受信ビームフォーマ123に入力される。受信ビームフォーマ123は図6に示すように、遅延器DL−A、DL−B、乗算器MP−A、MP−B、加算器ADD−A、ADD−Bから構成されており、微小な方位差の2つの受信ビームを受信するため、2系統の遅延加算器を持っている。
【0026】
遅延器DL−A、DL−Bにより定められた量の遅延をかけられた後、乗算器MP−A、MP−Bにおいて位相シフトデータ発生器133のデータ(重み付け係数)にもとづいて乗算され、加算器ADD−A、ADD−Bにより加算される。このとき遅延器DL−Aと遅延器DL−Bの遅延量は、入力信号の1/4波長分の差を持つように設定される。このため、遅延器DL−Aと遅延器DL−Bの信号は、その周波数近辺では直交検波の2信号と等価であり、これらに適当な重み付けをして加算することで、任意の位相の信号を作成することが可能である。
【0027】
MUXおよび加算器135の内部は図7のように接続されており、入力a、入力bは加算されて、出力aとなる。受信ビームフォーマ123の出力はMUXおよび加算器135、Bモード処理部131を経て、表示部32に表示される。
【0028】
このように本発明の第2の実施の形態に係る超音波診断装置は、通常のBモード、SCWモード、高いエコー周波数モードの3つを同一の受信ビームフォーマ123にて処理可能である。また本実施の形態においては、複数の振動子を束ねることがないため、受信ビーム形状の劣化がない。
【0029】
(第3の実施の形態)
図8は、本発明の第3の実施の形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。図8に示す本発明の第3の実施の形態に係る超音波診断装置は、受信ビームフォーマ123により受信したエコー信号を解析し、並列受信の遅延器における遅延量の差を最適に設定する中心周波数解析器140を設けた点を除きそれ以外は第2の実施の形態について説明した図4と同様である。したがって、第2の実施の形態との違いについて説明する。
【0030】
上述した第2の実施の形態において、エコー信号周波数が高い場合における動作では、並列受信ビームフォーマの一方を他方に対し、エコー周波数の1/4波長だけ遅延量を変えることで直交検波の役割を担ってきたが、被検体により、また、検査部位によりさらに検査する深度によりエコーの周波数は変動することが知られている。
【0031】
そこで本発明の第3の実施の形態において、エコー信号周波数が高い場合における動作では、これを最適化するため、受信ビームフォーマ123により受信したエコー信号を中心周波数解析器140により解析し、並列受信の遅延器における遅延量の差を最適に設定する。
【0032】
(第4の実施の形態)
図9は、本発明の第4の実施の形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。図9に示す本発明の第4の実施の形態に係る超音波診断装置は、受信ビームフォーマ123により受信したエコー信号を解析し、並列受信の遅延器における遅延量の差を最適に設定する中心周波数解析器140および信号発生器134の出力周波数を制御するための出力周波数制御器141を設けた点を除きそれ以外は第2の実施の形態について説明した図4と同様である。したがって、第2の実施の形態との違いについて説明する。
【0033】
上述した第2の実施の形態において、エコー信号周波数が高い場合における動作では、並列受信ビームフォーマの一方を他方に対し、エコー周波数の1/4波長だけ遅延量を変えることで直交検波の役割を担ってきたが、被検体により、また、検査部位によりさらに検査する深度によりエコーの周波数は変動することが知られている。
【0034】
そこで本発明の第4の実施の形態において、エコー信号周波数が高い場合における動作では、これを最適化するため、受信ビームフォーマ123により受信したエコー信号を中心周波数解析器140により解析し出力周波数制御器141により受信ビームフォーマ123に入力する中間周波数が一定になるよう信号発生器134の出力周波数を最適に設定する。
【0035】
(第5の実施の形態)
図10は、本発明の第5の実施の形態に係る超音波診断装置の一部分である受信ビームフォーマの構成を示すブロック図である。図10に示す本発明の第5の実施の形態に係る超音波診断装置の一部分である受信ビームフォーマ223は、ヒルベルト変換器150およびヒルベルト変換器150を通過させる/させないを選択するためのスイッチ151を設けた点を除きそれ以外は第2の実施の形態における受信ビームフォーマ123について説明した図6と同様である。したがって、第2の実施の形態における受信ビームフォーマ123との違いについて説明する。
【0036】
上述した第2の実施の形態における受信ビームフォーマ123においては、並列受信ビームフォーマの一方を他方に対し、エコー周波数の1/4波長だけ遅延量を変えることで直交検波の役割を担ってきたが、被検体により、また、検査部位によりさらに検査する深度によりエコーの周波数は変動することが知られている。
【0037】
そこで本発明の第5の実施の形態における受信ビームフォーマ223においては、これを最適化するため、一方の遅延線の出力にヒルベルト変換器150を設けることで、エコー周波数によらず乗算器MP−Aおよび乗算器MP−Bに入力する信号が常に直交するようにしたものである。
【0038】
【発明の効果】
本発明は上記実施の形態の説明から明らかなように、スイッチとA/D変換器と位相検波器と受信ビームフォーマの組み合わせにより、通常のBモード、SCWドプラモード、高い周波数を用いる場合のすべてを1系統で実現でき、回路規模の小さい受信ビームフォーマを有する超音波診断装置を実現することができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図、
【図2】本発明の第1の実施の形態に係るMUX兼加算器の内部接続を示す説明図、
【図3】本発明の第1の実施の形態に係る受信ビームフォーマの内部構造を示す説明図、
【図4】本発明の第2の実施の形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図、
【図5】本発明の第2の実施の形態に係るMUXの内部接続を示す説明図、
【図6】本発明の第2の実施の形態に係る並列受信用ビームフォーマの内部構造の説明図、
【図7】本発明の第2の実施の形態に係るMUXおよび加算器の内部接続を示す説明図、
【図8】本発明の第3の実施の形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図、
【図9】本発明の第4の実施の形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図、
【図10】本発明の第5の実施の形態に係る並列受信用ビームフォーマの内部構造の説明図、
【図11】従来の実施の形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
21 探触子
22 送信ビームフォーマ
23、123 受信ビームフォーマ
24、25、124、125 位相検波器
28 第2受信ビームフォーマ
30、130 周波数解析部
31、131 Bモード処理部
32 表示部
33、133 位相シフトデータ発生器
34、134 信号発生器
100a〜100d 振動子
101 MUX兼加算器
111 MUX
135 MUXおよび加算器
140 中心周波数解析器
141 出力周波数制御器
A11〜12 加算器
ADD1〜3、ADD−A〜B 加算器
A/D1〜2 A/D変換器
BPF1〜4 バンドパスフィルタ
DL1〜4、DL−A〜B 遅延器
M1〜4 ミキサ
MP1〜4、MP−A〜B 乗算器
SW1〜4、SW151 スイッチ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus, and in particular, processes a normal B mode, an SCW Doppler mode, and a high frequency mode with one delay addition system.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, an ultrasonic diagnostic apparatus having a deflectable continuous wave (hereinafter abbreviated as SCW) Doppler function is disclosed in Japanese Patent Publication No. 10-506801.
[0003]
FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a conventional ultrasonic diagnostic apparatus. In FIG. 11, a conventional ultrasonic diagnostic apparatus includes a probe 21 (comprising transducers 100a to 100d), a transmission beam former 22, a first reception beam former 23,
[0004]
The
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional example described above has a problem that the calculation function of the first reception beamformer for the RF channel cannot be used in the SCW Doppler, and the circuit scale increases.
[0006]
In addition, there is a limit to the A / D conversion frequency. For this reason, when a high frequency is used, there is a problem that the echo signal is turned back.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described conventional problems, the present invention does not involve whether the phase detector, the A / D converter, and the input of the A / D converter are input via the phase detector before the reception beamformer. The baseband detection is shifted to an intermediate frequency lower than the frequency of the echo signal when using a high frequency when SCW Doppler is used, and the switch is switched to the phase at a lower echo frequency. By connecting so as not to go through the detector, an ultrasonic diagnostic apparatus that does not require a second reception beamformer and can cope with a high frequency is provided.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0010]
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, an ultrasonic diagnostic apparatus includes a probe 21 (comprising transducers 100a to 100d), a
[0011]
Next, the operation of the ultrasonic diagnostic apparatus according to this embodiment will be described. First, in the normal B mode, as shown in FIG. 2A, the inside of the MUX /
[0012]
Next, the operation in the SCW Doppler mode will be described. In the SCW Doppler mode, a continuous wave is transmitted by half the transducers of the
[0013]
In the SCW Doppler mode, the MUX /
[0014]
The output signals of the
[0015]
The output of the reception beam former 23 is subjected to frequency analysis by the
[0016]
Finally, the operation when the echo signal frequency is high will be described. In this case, the MUX /
[0017]
The output signals of the
[0018]
The output of the
[0019]
As described above, the ultrasonic diagnostic apparatus according to the first embodiment of the present invention can process the normal B mode, the SCW mode, and the high echo frequency mode with the
[0020]
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the second embodiment of the present invention. 4, the ultrasonic diagnostic apparatus includes a probe 21 (comprising transducers 100a to 100d), a
[0021]
Next, the operation of the ultrasonic diagnostic apparatus according to this embodiment will be described. First, in the normal B mode, as shown in FIG. 5A, the inside of the
[0022]
Next, the operation in the SCW Doppler mode will be described. In the SCW Doppler mode, a continuous wave is transmitted by half the transducers of the
[0023]
In the SCW Doppler mode, the
[0024]
Finally, the operation when the echo signal frequency is high will be described. The connections of the
[0025]
Output signals from the
[0026]
After being delayed by an amount determined by the delay units DL-A and DL-B, the multipliers MP-A and MP-B are multiplied based on the data (weighting coefficient) of the phase
[0027]
The inside of the MUX and the
[0028]
As described above, the ultrasonic diagnostic apparatus according to the second embodiment of the present invention can process the normal B mode, SCW mode, and high echo frequency mode with the
[0029]
(Third embodiment)
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the third embodiment of the present invention. The ultrasonic diagnostic apparatus according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 8 analyzes the echo signal received by the
[0030]
In the above-described second embodiment, in the operation when the echo signal frequency is high, the role of quadrature detection is achieved by changing the delay amount by one-fourth of the echo frequency with respect to one of the parallel reception beamformers with respect to the other. However, it has been known that the frequency of the echo varies depending on the subject and the depth of further examination depending on the examination site.
[0031]
Therefore, in the third embodiment of the present invention, in the operation when the echo signal frequency is high, in order to optimize this, the echo signal received by the
[0032]
(Fourth embodiment)
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. The ultrasonic diagnostic apparatus according to the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. 9 analyzes the echo signal received by the
[0033]
In the above-described second embodiment, in the operation when the echo signal frequency is high, the role of quadrature detection is achieved by changing the delay amount by one-fourth of the echo frequency with respect to one of the parallel reception beamformers with respect to the other. However, it has been known that the frequency of the echo varies depending on the subject and the depth of further examination depending on the examination site.
[0034]
Therefore, in the fourth embodiment of the present invention, in the operation when the echo signal frequency is high, in order to optimize this, the echo signal received by the
[0035]
(Fifth embodiment)
FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a reception beamformer which is a part of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. A reception beamformer 223 which is a part of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the fifth embodiment of the present invention shown in FIG. 10 is a
[0036]
In the receive
[0037]
Therefore, in order to optimize the reception beamformer 223 according to the fifth embodiment of the present invention, by providing the
[0038]
【The invention's effect】
As is apparent from the description of the above embodiment, the present invention is based on the combination of a switch, an A / D converter, a phase detector, and a receiving beamformer, and uses all of the normal B mode, SCW Doppler mode, and high frequency. Can be realized in one system, and an ultrasonic diagnostic apparatus having a reception beamformer with a small circuit scale can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus according to a first embodiment of the present invention;
FIG. 2 is an explanatory diagram showing internal connections of the MUX / adder according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the internal structure of the reception beamformer according to the first embodiment of the invention;
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the second embodiment of the present invention;
FIG. 5 is an explanatory diagram showing internal connections of the MUX according to the second embodiment of the present invention;
FIG. 6 is an explanatory diagram of an internal structure of a parallel reception beamformer according to a second embodiment of the invention;
FIG. 7 is an explanatory diagram showing internal connections of a MUX and an adder according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the third embodiment of the present invention;
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the fourth embodiment of the present invention;
FIG. 10 is an explanatory diagram of the internal structure of a parallel reception beamformer according to a fifth embodiment of the invention;
FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus according to a conventional embodiment.
[Explanation of symbols]
21
135 MUX and
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