JP4557575B2

JP4557575B2 - Ultrasonic diagnostic equipment

Info

Publication number: JP4557575B2
Application number: JP2004089924A
Authority: JP
Inventors: 宏信本郷
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2004-03-25
Filing date: 2004-03-25
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2024-03-25
Also published as: JP2005270423A

Description

本発明は、医療等の分野に用いられる超音波診断装置に係り、特に超音波ビームを３次元的に走査してリアルタイムに生体内の３次元画像を得る超音波診断装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus used in the field of medicine and the like, and more particularly to an ultrasonic diagnostic apparatus that obtains a three-dimensional image in a living body in real time by scanning an ultrasonic beam three-dimensionally.

超音波プローブは、対象物内部の画像化等を目的として、超音波を対象物に向けて照射し、その対象物における音響インピーダンスの異なる界面からの反射波を受信するための装置である。このような超音波プローブが採用された超音波画像装置として、人体内部を検査するための医用診断装置が実用化されている（例えば、特許文献１、２参照。）。 An ultrasonic probe is an apparatus for irradiating an ultrasonic wave toward an object and receiving reflected waves from interfaces having different acoustic impedances in the object for the purpose of imaging the inside of the object. As an ultrasonic imaging apparatus employing such an ultrasonic probe, a medical diagnostic apparatus for inspecting the inside of a human body has been put into practical use (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

上記医用診断装置として用いられる超音波診断装置は、図６に示すように超音波プローブ１と超音波診断装置本体１０とから構成され、両者間がプローブケーブル５により接続される。上記超音波プローブ１は、１次元アレイトランスデューサ２及びプローブ内送受信回路３により構成される。このプローブ内送受信回路３には、詳細を後述するサブアレイ受信遅延加算回路４が設けられる。 The ultrasonic diagnostic apparatus used as the medical diagnostic apparatus is composed of an ultrasonic probe 1 and an ultrasonic diagnostic apparatus main body 10 as shown in FIG. The ultrasonic probe 1 includes a one-dimensional array transducer 2 and an in-probe transmission / reception circuit 3. The intra-probe transmission / reception circuit 3 is provided with a subarray reception delay adding circuit 4 which will be described in detail later.

上記１次元アレイトランスデューサ２は、複数例えば１２８個の超音波振動子が１次元アレイ配列されており、その受信信号がプローブ内送受信回路３内のサブアレイ受信遅延加算回路４に入力される。このサブアレイ受信遅延加算回路４は、１次元アレイトランスデューサ２で検出された信号を遅延処理し、プローブケーブル５を介して超音波診断装置本体１０へ送出する。 The one-dimensional array transducer 2 has a plurality of, for example, 128 ultrasonic transducers arranged in a one-dimensional array, and the received signal is input to the sub-array reception delay adding circuit 4 in the in-probe transmission / reception circuit 3. The sub-array reception delay adding circuit 4 delays the signal detected by the one-dimensional array transducer 2 and sends it to the ultrasonic diagnostic apparatus body 10 via the probe cable 5.

上記超音波診断装置本体１０には、メインビームフォーマ１１を備えた本体側送受信部１２、画像処理ユニット１３及び表示部１４が設けられる。上記メインビームフォーマ１１は、本体側の遅延加算回路であり、超音波プローブ１からプローブケーブル５を介して送られてくる信号を遅延処理して画像処理ユニット１３へ出力する。この画像処理ユニット１３は、メインビームフォーマ１１の出力信号を処理して２次元の超音波画像を生成して表示部１４に表示する。 The ultrasonic diagnostic apparatus main body 10 is provided with a main body side transmission / reception unit 12 including a main beam former 11, an image processing unit 13, and a display unit 14. The main beamformer 11 is a delay addition circuit on the main body side, and delays a signal sent from the ultrasonic probe 1 via the probe cable 5 and outputs it to the image processing unit 13. The image processing unit 13 processes the output signal of the main beamformer 11 to generate a two-dimensional ultrasonic image and displays it on the display unit 14.

上記のように超音波プローブ１に設けたサブアレイ受信遅延加算回路４により超音波受信信号を遅延処理し、その後、超音波診断装置本体１０に設けたメインビームフォーマ１１により追加遅延処理を行なうことで、所望の超音波ビームを形成する。 As described above, the ultrasonic reception signal is delayed by the sub-array reception delay adding circuit 4 provided in the ultrasonic probe 1, and then the additional delay processing is performed by the main beam former 11 provided in the ultrasonic diagnostic apparatus body 10. To form a desired ultrasonic beam.

上記サブアレイ受信遅延加算回路４は、遅延素子としてＣＣＤ遅延素子が一般に使用され、図７に示すように構成されている。なお、受信遅延素子としては、ＬＣ（コイル、コンデンサ）、ＣＣＤ遅延素子、デジタル遅延線があるが、サブアレイ受信遅延加算回路４に用いる素子としては、超音波プローブ１への組込みが必要であるので、大きさ、消費電力を可能な限り抑えることが必須であることなどからＣＣＤ遅延素子の適性が高い。 The sub-array reception delay adding circuit 4 generally uses a CCD delay element as a delay element, and is configured as shown in FIG. The reception delay element includes an LC (coil, capacitor), a CCD delay element, and a digital delay line. However, the element used for the subarray reception delay addition circuit 4 needs to be incorporated into the ultrasonic probe 1. The CCD delay element is highly suitable because it is essential to suppress the size and power consumption as much as possible.

上記１次元アレイトランスデューサ２は、複数例えば１２８個の超音波振動子２ａを１次元アレイ配列して設けている。上記各超音波振動子２ａの受信信号は、それぞれサブアレイ受信遅延加算回路４へ送られ、前置増幅器２１で所定の信号レベルに増幅された後、遅延回路２２に入力される。 The one-dimensional array transducer 2 includes a plurality of, for example, 128 ultrasonic transducers 2a arranged in a one-dimensional array. The reception signals of the ultrasonic transducers 2a are respectively sent to the sub-array reception delay addition circuit 4, amplified to a predetermined signal level by the preamplifier 21, and then input to the delay circuit 22.

上記遅延回路２２は、遅延時間を選択するためにタップを設けたＣＣＤ遅延素子２３、信号電荷を電圧波形に変換するためのＦＧＡ（Floating Gate Amplifier）２４、及びマルチプレクサ２５により構成している。この例では、ＣＣＤ遅延素子２３として５段の転送ステージを持つものを示している。遅延回路２２に入力された信号電圧は、入力ゲートにより信号電荷に変換されて初段の電位井戸に注入され、図８に示す電荷転送用の２相のクロックＣＬＫ１、ＣＬＫ２により、クロック周期Ｔ例えば１０ｎｓｅｃ毎に次段の電位井戸に順次転送される。 The delay circuit 22 includes a CCD delay element 23 provided with a tap for selecting a delay time, an FGA (Floating Gate Amplifier) 24 for converting a signal charge into a voltage waveform, and a multiplexer 25. In this example, a CCD delay element 23 having five transfer stages is shown. The signal voltage input to the delay circuit 22 is converted into a signal charge by the input gate and injected into the first-stage potential well, and the clock cycle T, for example, 10 nsec, is generated by the two-phase clocks CLK1 and CLK2 for charge transfer shown in FIG. Each time it is sequentially transferred to the potential well in the next stage.

ＣＣＤ遅延素子２３の各段の電位井戸には、信号を取り出すための電極が設けられており、これらの各電極に信号電荷を電圧波形に変換するためのＦＧＡ２４が接続される。このＦＧＡ２４の出力信号は、タップ１〜タップ５の出力としてマルチプレクサ２５へ送られる。また、このマルチプレクサ２５には、ＣＣＤ遅延素子２３への入力信号がタップ０の出力として入力される。 The potential wells at each stage of the CCD delay element 23 are provided with electrodes for taking out signals, and FGAs 24 for converting signal charges into voltage waveforms are connected to these electrodes. The output signal of the FGA 24 is sent to the multiplexer 25 as the output of the taps 1 to 5. Further, an input signal to the CCD delay element 23 is input to the multiplexer 25 as an output of the tap 0.

また、上記マルチプレクサ２５には、超音波診断装置本体１０側から出力されるタップ選択信号がサブアレイ受信遅延加算回路４に設けられている制御回路（図示せず）を介して与えられる。マルチプレクサ２５は、タップ０〜タップ５の信号を上記タップ選択信号により選択して出力する。上記マルチプレクサ２５のタップ選択により所要の遅延時間のものを設定することができる。上記マルチプレクサ２５の出力信号が遅延回路２２の出力信号として取り出され、それぞれ抵抗２６を介してアナログ増幅器２７に入力される。 The multiplexer 25 is supplied with a tap selection signal output from the ultrasonic diagnostic apparatus main body 10 via a control circuit (not shown) provided in the subarray reception delay adding circuit 4. The multiplexer 25 selects and outputs the signals from tap 0 to tap 5 by the tap selection signal. A desired delay time can be set by selecting the tap of the multiplexer 25. The output signal of the multiplexer 25 is taken out as the output signal of the delay circuit 22 and is input to the analog amplifier 27 via the resistor 26.

すなわち、１次元アレイトランスデューサ２の各超音波振動子２ａから出力される各チャンネルの信号がそれぞれ遅延回路２２で遅延処理された後、抵抗２６及びアナログ増幅器２７からなるアナログ加算回路２８に入力されて加算処理される。そして、上記アナログ増幅器２７の電圧出力がサブアレイ受信遅延加算回路４の出力信号として取り出される。
特開平８−１８２６８０号公報特開２００１−１６１６８９号公報 That is, each channel signal output from each ultrasonic transducer 2 a of the one-dimensional array transducer 2 is subjected to delay processing by the delay circuit 22 and then input to an analog adder circuit 28 including a resistor 26 and an analog amplifier 27. Addition processing is performed. The voltage output of the analog amplifier 27 is taken out as an output signal of the subarray reception delay adding circuit 4.
JP-A-8-182680 JP 2001-161689 A

上記従来の超音波プローブ１は、ＣＣＤ遅延素子２３を用いて遅延回路２２を構成しているが、ＣＣＤ遅延素子２３の内部で信号が電荷として転送されるため、タップから信号を取り出すためにはＦＧＡ２４等を用いて電気信号に変換する必要がある。従って、遅延回路２２に多数のＦＧＡ２４が使用されると共に、それ以降の回路にマルチプレクサ２５、抵抗２６、アナログ増幅器２７等の通常のアナログ回路が使用されるので、消費電力が非常に大きいという問題がある。また、アナログ加算回路２８には、信号を加算するために多数の抵抗２６が設けられるので、この抵抗２６が発生するノイズの影響が問題となる。 In the conventional ultrasonic probe 1, the delay circuit 22 is configured using the CCD delay element 23, but since the signal is transferred as an electric charge inside the CCD delay element 23, in order to extract the signal from the tap, It is necessary to convert to an electrical signal using the FGA 24 or the like. Therefore, since a large number of FGAs 24 are used for the delay circuit 22 and normal analog circuits such as the multiplexer 25, the resistor 26, and the analog amplifier 27 are used for the subsequent circuits, there is a problem that power consumption is very large. is there. In addition, since the analog adder circuit 28 is provided with a large number of resistors 26 for adding signals, the influence of noise generated by the resistors 26 becomes a problem.

また、超音波の受信信号を得るための特性いわゆる受信音場を改善するために、通常個々の超音波振動子２ａでの受信信号の振幅を変化させる重み付け処理が行なわれるが、タップから信号を取り出す方式においては、マルチプレクサ２５の後にアナログ増幅器を設けたり、信号加算用の抵抗２６の値を切替え可能にするなどの方法が用いられる。これらの重み付け処理方法は、通常のアナログ回路での増幅または減衰処理となるためにノイズの影響は避けられず、扱うことが可能な信号レベルの範囲（ダイナミックレンジ）を劣化させるなどの問題がある。 In order to improve the so-called reception sound field, which is a characteristic for obtaining an ultrasonic reception signal, weighting processing is usually performed to change the amplitude of the reception signal at each ultrasonic transducer 2a. In the extraction method, an analog amplifier is provided after the multiplexer 25, or the value of the signal addition resistor 26 can be switched. Since these weighting processing methods are amplification or attenuation processing in a normal analog circuit, the influence of noise is unavoidable, and there is a problem that the range of signal levels that can be handled (dynamic range) is deteriorated. .

従来の超音波診断装置では、上記したように１次元アレイトランスデューサが用いられ、２次元画像を表示しているが、最近では２次元アレイトランスデューサによる３次元画像の表示が望まれている。しかし、上記図７に示した従来のサブアレイ受信遅延加算回路４を使用して２次元アレイトランスデューサの信号を処理しようとすると、回路素子数やケーブル本数等が著しく増加することになり、実用化が非常に困難である。 In a conventional ultrasonic diagnostic apparatus, a one-dimensional array transducer is used as described above, and a two-dimensional image is displayed. Recently, display of a three-dimensional image by a two-dimensional array transducer is desired. However, if the conventional subarray reception delay adding circuit 4 shown in FIG. 7 is used to process the signal of the two-dimensional array transducer, the number of circuit elements, the number of cables, etc. will increase remarkably, and the practical application will be increased. It is very difficult.

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、超音波プローブ内に設けられるサブアレイ受信遅延加算回路の消費電力を低減できると共にノイズの発生を抑えることができる超音波診断装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and provides an ultrasonic diagnostic apparatus capable of reducing power consumption of a subarray reception delay adding circuit provided in an ultrasonic probe and suppressing generation of noise. For the purpose.

本発明は、上記目的を達成するため、次のような手段を講じている。 In order to achieve the above object, the present invention takes the following measures.

本発明の第１局面に係る超音波診断装置は、超音波プローブに設けられる複数の超音波振動子と、前記超音波振動子を所定数毎に一纏まりのサブアレイとして分割し、各サブアレイに含まれる前記超音波振動子から得られる超音波の受信信号をサブアレイ毎に遅延加算処理する第１の遅延加算手段と、
超音波診断装置本体に設けられ、前記第１の遅延加算手段によりサブアレイ毎に遅延加算処理された超音波の受信信号に追加遅延加算処理を施し、所望の超音波ビームを形成する第２の遅延加算手段と、前記第２の遅延加算手段の遅延加算処理により形成された受信情報に基づいて超音波画像を形成する画像処理手段とを具備し、
前記第１の遅延加算手段は、複数の遅延時間の各々に対応する複数のＣＣＤ遅延素子を備え、前記複数のＣＣＤ遅延素子のうちの同一の遅延時間に対応する所望数の遅延素子を同時に選択することにより遅延時間毎に受信信号の振幅を調整することを特徴する。
本発明の第２局面に係る超音波診断装置は、複数の超音波振動子からなる複数のサブアレイを有する超音波プローブと、前記複数の超音波振動子からの受信信号に対して前記サブアレイ毎に第１の遅延加算処理を施す第１の遅延加算手段と、
前記第１の遅延加算処理が施された受信信号に対して第２の遅延加算処理を施し、超音波ビームに対応する受信信号を出力する第２の遅延加算手段と、前記超音波ビームに対応する受信信号に基づいて超音波画像を形成する画像処理手段と、を具備し、
前記第１の遅延加算手段は、複数の遅延時間にそれぞれ対応する複数のＣＣＤ遅延素子を前記超音波振動子毎に備え、前記第１の遅延加算処理を施すために、前記複数のＣＣＤ遅延素子のうちの所望遅延時間のＣＣＤ遅延素子を選択する、ことを特徴する。 An ultrasonic diagnostic apparatus according to a first aspect of the present invention divides a plurality of ultrasonic transducers provided in an ultrasonic probe and the ultrasonic transducers into a group of subarrays every predetermined number, and is included in each subarray. First delay adding means for performing delay addition processing for each subarray of ultrasonic reception signals obtained from the ultrasonic transducers,
A second delay which is provided in the ultrasonic diagnostic apparatus main body and performs an additional delay addition process on the ultrasonic reception signal subjected to the delay addition process for each subarray by the first delay addition unit, thereby forming a desired ultrasonic beam. Adding means, and image processing means for forming an ultrasonic image based on the reception information formed by the delay addition processing of the second delay addition means,
The first delay adding means includes a plurality of CCD delay elements corresponding to each of a plurality of delay times, and simultaneously selects a desired number of delay elements corresponding to the same delay time among the plurality of CCD delay elements. In this way, the amplitude of the received signal is adjusted for each delay time .
An ultrasonic diagnostic apparatus according to a second aspect of the present invention provides an ultrasonic probe having a plurality of subarrays each including a plurality of ultrasonic transducers and a received signal from the plurality of ultrasonic transducers for each subarray. First delay addition means for performing a first delay addition process;
A second delay addition means for performing a second delay addition process on the reception signal subjected to the first delay addition process and outputting a reception signal corresponding to the ultrasonic beam; and corresponding to the ultrasonic beam An image processing means for forming an ultrasonic image based on the received signal,
The first delay adding means includes a plurality of CCD delay elements respectively corresponding to a plurality of delay times for each of the ultrasonic transducers, and the plurality of CCD delay elements are used for performing the first delay addition process. Of these, a CCD delay element having a desired delay time is selected.

本発明によれば、超音波プローブ内に設けられるサブアレイ受信遅延加算回路の消費電力を低減できると共にノイズの発生を抑えることができ、その結果、高品位なリアルタイム超音波画像を収集することが可能になる。 According to the present invention, it is possible to reduce the power consumption of the subarray reception delay adding circuit provided in the ultrasonic probe and to suppress the generation of noise, and as a result, it is possible to collect high-quality real-time ultrasonic images. become.

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る３次元のリアルタイム超音波診断装置の全体の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態に係る３次元の超音波診断装置は、生体の３次元画像を収集する超音波プローブ３０と超音波診断装置本体４０とから構成され、両者間がプローブケーブル３４により接続される。上記超音波プローブ３０は、２次元アレイトランスデューサ３１及びプローブ内送受信回路３２により構成される。このプローブ内送受信回路３２には、詳細を後述するサブアレイ受信遅延加算回路３３が設けられる。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing an overall schematic configuration of a three-dimensional real-time ultrasonic diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention.
The three-dimensional ultrasonic diagnostic apparatus according to this embodiment includes an ultrasonic probe 30 that collects a three-dimensional image of a living body and an ultrasonic diagnostic apparatus main body 40, and the two are connected by a probe cable 34. The ultrasonic probe 30 includes a two-dimensional array transducer 31 and an in-probe transmission / reception circuit 32. The intra-probe transmission / reception circuit 32 is provided with a sub-array reception delay adding circuit 33 which will be described in detail later.

上記２次元アレイトランスデューサ３１は、図２に示すように複数例えば「６４×６４＝４０９６素子」の超音波振動子３５を２次元アレイ配列したもので、この６４×６４素子のアレイ配列を更に数素子〜十数素子、例えば「４×４＝１６素子」のサブアレイ３６に分割して３次元超音波ビーム３７を発生させる。 As shown in FIG. 2, the two-dimensional array transducer 31 includes a plurality of, for example, “64 × 64 = 4096 elements” ultrasonic transducers 35 arranged in a two-dimensional array. A three-dimensional ultrasonic beam 37 is generated by dividing into sub-arrays 36 of elements to a dozen elements, for example, “4 × 4 = 16 elements”.

上記超音波プローブ３０により生体の３次元画像を収集する場合、超音波診断装置本体４０の制御指令に基づいて２次元アレイトランスデューサ３１の各超音波振動子３５に送信パルスが供給され、各超音波振動子３５により３次元的に形成された超音波ビーム３７が生体に向けて送出される。これにより、生体内から３次元超音波ビーム３７の反射波が生じ、２次元アレイトランスデューサ３１の超音波振動子３５でそれぞれ検出される。 When a three-dimensional image of a living body is collected by the ultrasonic probe 30, a transmission pulse is supplied to each ultrasonic transducer 35 of the two-dimensional array transducer 31 based on a control command of the ultrasonic diagnostic apparatus main body 40, and each ultrasonic wave An ultrasonic beam 37 formed three-dimensionally by the vibrator 35 is sent out toward the living body. Thereby, a reflected wave of the three-dimensional ultrasonic beam 37 is generated from within the living body and is detected by the ultrasonic transducer 35 of the two-dimensional array transducer 31.

上記超音波振動子３５により検出された信号、すなわち受信信号は、プローブ内送受信回路３２内のサブアレイ受信遅延加算回路３３に入力される。このサブアレイ受信遅延加算回路３３は、上記超音波振動子３５の各サブアレイ３６毎に設けられており、２次元アレイトランスデューサ３１で検出された信号を遅延処理し、プローブケーブル３４を介して超音波診断装置本体４０へ送出する。 The signal detected by the ultrasonic transducer 35, that is, the received signal is input to the subarray reception delay adding circuit 33 in the in-probe transmitting / receiving circuit 32. The sub-array reception delay adding circuit 33 is provided for each sub-array 36 of the ultrasonic transducer 35, delays the signal detected by the two-dimensional array transducer 31, and performs ultrasonic diagnosis via the probe cable 34. The data is sent to the apparatus main body 40.

上記２次元アレイトランスデューサ３１の超音波振動子３５をサブアレイ３６に分割すると共に、各サブアレイ３６毎にサブアレイ受信遅延加算回路３３を設けて遅延処理することで、プローブケーブル３４の本数を低減している。例えば「６４×６４＝４０９６素子」の超音波振動子３５により２次元アレイトランスデューサ３１を構成した場合、直接接続すると４０９６本のプローブケーブルが必要であるが、サブアレイ３６を「４×４＝１６」の素子群により構成した場合、プローブケーブル３４の本数を「４０９６／１６＝２５６本」に減少することができる。 The number of probe cables 34 is reduced by dividing the ultrasonic transducer 35 of the two-dimensional array transducer 31 into sub-arrays 36 and providing a sub-array reception delay adding circuit 33 for each sub-array 36 for delay processing. . For example, when the two-dimensional array transducer 31 is configured by the ultrasonic transducer 35 of “64 × 64 = 4096 elements”, 4096 probe cables are required when directly connected, but the sub-array 36 is “4 × 4 = 16”. In this case, the number of probe cables 34 can be reduced to “4096/16 = 256”.

上記超音波診断装置本体４０には、メインビームフォーマ４１を備えた本体側送受信部４２、画像処理ユニット４３及びＣＲＴや液晶表示パネル等の表示部４４が設けられる。上記メインビームフォーマ４１は、本体側の遅延加算回路であり、超音波プローブ３０からプローブケーブル３４を介して送られてくる信号を更に追加遅延加算処理して画像処理ユニット４３へ出力する。この画像処理ユニット４３は、メインビームフォーマ４１の出力信号を処理し、３次元の超音波画像を生成して表示部４４に表示する。 The ultrasonic diagnostic apparatus main body 40 is provided with a main body side transmission / reception unit 42 including a main beam former 41, an image processing unit 43, and a display unit 44 such as a CRT or a liquid crystal display panel. The main beam former 41 is a delay addition circuit on the main body side, and further performs an additional delay addition process on the signal sent from the ultrasonic probe 30 via the probe cable 34 and outputs the signal to the image processing unit 43. The image processing unit 43 processes the output signal of the main beamformer 41, generates a three-dimensional ultrasonic image, and displays it on the display unit 44.

上記のように２次元アレイトランスデューサ３１の超音波振動子３５をサブアレイ３６に分割すると共に、各サブアレイ３６毎にサブアレイ受信遅延加算回路３３を設けてビームパターンに従った遅延処理を行ない、その後、更に超音波診断装置本体４０側に設けたメインビームフォーマ４１で追加遅延加算処理を行なうことで、ビーム形成の段階を分けて超音波プローブ３０における３次元超音波ビーム３７を形成する。 As described above, the ultrasonic transducer 35 of the two-dimensional array transducer 31 is divided into sub-arrays 36, and a sub-array reception delay adding circuit 33 is provided for each sub-array 36 to perform delay processing according to the beam pattern. By performing an additional delay addition process with the main beam former 41 provided on the ultrasonic diagnostic apparatus main body 40 side, the three-dimensional ultrasonic beam 37 in the ultrasonic probe 30 is formed by dividing the beam forming stage.

次に、上記超音波プローブ３０におけるサブアレイ受信遅延加算回路３３の詳細な構成について図３を参照して説明する。なお、図３は、サブアレイ受信遅延加算回路３３の一部、すなわちサブアレイ３６を単位とする超音波振動子３５の受信信号を遅延する回路部分について示したもので、その他のサブアレイ３６に対する遅延回路部分も同様の構成となっている。 Next, a detailed configuration of the subarray reception delay adding circuit 33 in the ultrasonic probe 30 will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows a part of the sub-array reception delay adding circuit 33, that is, a circuit part for delaying the reception signal of the ultrasonic transducer 35 with the sub-array 36 as a unit, and the delay circuit part for the other sub-arrays 36. Has the same configuration.

２次元アレイトランスデューサ３１を構成する超音波振動子３５の受信信号は、サブアレイ３６を単位としてサブアレイ受信遅延加算回路３３へ送られ、それぞれ前置増幅器５１で所定の信号レベルに増幅された後、遅延回路５２に入力される。 The reception signals of the ultrasonic transducers 35 constituting the two-dimensional array transducer 31 are sent to the subarray reception delay adding circuit 33 in units of the subarrays 36, amplified to a predetermined signal level by the preamplifier 51, and then delayed. Input to the circuit 52.

上記遅延回路５２は、複数例えば６個の入力ゲートＣＧ０〜ＣＧ５、入力ゲートＣＧ１〜ＣＧ５に対して設けられるＣＣＤ遅延素子５３ａ〜５３ｅ、加算部を構成する共通の電位井戸５４からなっている。上記入力ゲートＣＧ０〜ＣＧ５は、入力信号を電荷に変換するものであり、制御部（図示せず）からの制御信号（イネーブル信号）によってオン／オフ制御される。この場合、入力ゲートＣＧ０の出力は電位井戸５４に直接入力され、入力ゲートＣＧ１〜ＣＧ５の出力はＣＣＤ遅延素子５３ａ〜５３ｅを介して共通の電位井戸５４へ送られる。 The delay circuit 52 includes a plurality of, for example, six input gates CG0 to CG5, CCD delay elements 53a to 53e provided for the input gates CG1 to CG5, and a common potential well 54 constituting an addition unit. The input gates CG0 to CG5 convert an input signal into electric charges, and are on / off controlled by a control signal (enable signal) from a control unit (not shown). In this case, the output of the input gate CG0 is directly input to the potential well 54, and the outputs of the input gates CG1 to CG5 are sent to the common potential well 54 via the CCD delay elements 53a to 53e.

上記ＣＣＤ遅延素子５３ａ〜５３ｅは、異なる遅延時間に設定、すなわち異なる素子数に設定されており、例えばＣＣＤ遅延素子５３ａが１個の素子で構成され、以下、ＣＣＤ遅延素子５３ｅまで素子を１個ずつ増加させている。 The CCD delay elements 53a to 53e are set to different delay times, that is, set to different numbers of elements. For example, the CCD delay element 53a is composed of one element. Hereinafter, one element is provided up to the CCD delay element 53e. Increasing each time.

上記前置増幅器５１で増幅された超音波の受信信号は、入力ゲートＣＧ１〜ＣＧ５において電荷に変換されてＣＣＤ遅延素子５３ａ〜５３ｅに入力され、図４に示す電荷転送用の２相のクロックＣＬＫ１、ＣＬＫ２によりクロック周期例えば１０ｎｓｅｃ毎に次段の電位井戸に順次転送される。入力ゲートＣＧ１〜ＣＧ５により選択されたＣＣＤ遅延素子５３ａ〜５３ｅの転送段数及びクロックＣＬＫ１、ＣＬＫ２の周期を調整することにより、必要な受信遅延が付与される。上記入力ゲートＣＧ１〜ＣＧ５の何れかを開くことにより、所望の遅延時間のＣＣＤ遅延素子５３ａ〜５３ｅを選択する。なお、入力ゲートＣＧ０を開いた場合は、超音波受信信号が直接共通の電位井戸５４に導かれるので、遅延処理は行なわれない。 The ultrasonic reception signal amplified by the preamplifier 51 is converted into charges at the input gates CG1 to CG5 and input to the CCD delay elements 53a to 53e, and the two-phase clock CLK1 for charge transfer shown in FIG. , CLK2 are sequentially transferred to the potential well of the next stage every clock cycle, for example, 10 nsec. By adjusting the number of transfer stages of the CCD delay elements 53a to 53e selected by the input gates CG1 to CG5 and the period of the clocks CLK1 and CLK2, a necessary reception delay is given. By opening any of the input gates CG1 to CG5, the CCD delay elements 53a to 53e having a desired delay time are selected. When the input gate CG0 is opened, the ultrasonic reception signal is directly guided to the common potential well 54, so that the delay process is not performed.

上記共通の電位井戸５４には、電荷を電圧の波形に変換するＦＧＡ（Floating Gate Amplifier）５５が接続されており、このＦＧＡ５５の出力信号がサブアレイ３６を単位とするサブアレイ受信遅延加算回路３３の出力信号として取り出される。 The common potential well 54 is connected to an FGA (Floating Gate Amplifier) 55 that converts charges into a voltage waveform. The output signal of the FGA 55 is an output of the subarray reception delay adding circuit 33 in the subarray 36 unit. Extracted as a signal.

また、上記各ＣＣＤ遅延素子５３ａ〜５３ｅは、それぞれ図５に示すように同じ遅延時間毎にＣＣＤ遅延素子が複数個並列に接続されており、同一の遅延時間を有するＣＣＤ遅延素子を複数選択することにより、同時に転送する電荷の量を増減して信号の振幅を調整できるようにしている。 Each of the CCD delay elements 53a to 53e has a plurality of CCD delay elements connected in parallel at the same delay time as shown in FIG. 5, and selects a plurality of CCD delay elements having the same delay time. This makes it possible to adjust the amplitude of the signal by increasing or decreasing the amount of charge transferred simultaneously.

図５は、４クロックの遅延を行なうＣＣＤ遅延素子５３ｄの構成例について示したものである。ＣＣＤ遅延素子５３ｄは、複数例えば３個のＣＣＤ遅延素子５３ｄ−１、５３ｄ−２、５３ｄ−３を並列に設けたもので、各信号入力端に入力ゲートＣＧ４−１、ＣＧ４−２、ＣＧ４−３を備えている。また、上記ＣＣＤ遅延素子５３ｄ−１、５３ｄ−２、５３ｄ−３の出力端は、共通の電位井戸５４に接続される。上記入力ゲートＣＧ４−１、ＣＧ４−２、ＣＧ４−３をオープンする数を選択することにより、信号の振幅を調整、すなわち各受信信号の振幅調整（重み付け）を行なって超音波の受信特性を改善できるようになっている。 FIG. 5 shows a configuration example of a CCD delay element 53d that performs a delay of 4 clocks. The CCD delay element 53d includes a plurality of, for example, three CCD delay elements 53d-1, 53d-2, and 53d-3 provided in parallel, and input gates CG4-1, CG4-2, and CG4- at each signal input end. 3 is provided. The output terminals of the CCD delay elements 53d-1, 53d-2, 53d-3 are connected to a common potential well 54. By selecting the number of opening the input gates CG4-1, CG4-2, and CG4-3, the amplitude of the signal is adjusted, that is, the amplitude adjustment (weighting) of each received signal is performed to improve the ultrasonic reception characteristics. It can be done.

次に、上記のように構成された超音波診断装置の動作を説明する。
先ず、図１に示した超音波診断装置において、超音波プローブ３０により生体の３次元画像の収集が開始されると、２次元アレイトランスデューサ３１の超音波振動子３５に対してそれぞれ送信パルスが供給され、各超音波振動子３５により３次元的に形成された超音波ビーム３７が生体に向けて送出される。これにより、生体内から３次元超音波ビーム３７の反射波が生じ、２次元アレイトランスデューサ３１の超音波振動子３５でそれぞれ検出される。 Next, the operation of the ultrasonic diagnostic apparatus configured as described above will be described.
First, in the ultrasonic diagnostic apparatus shown in FIG. 1, when collection of a three-dimensional image of a living body is started by the ultrasonic probe 30, transmission pulses are supplied to the ultrasonic transducers 35 of the two-dimensional array transducer 31. Then, the ultrasonic beam 37 formed three-dimensionally by each ultrasonic transducer 35 is sent out toward the living body. Thereby, a reflected wave of the three-dimensional ultrasonic beam 37 is generated from within the living body and is detected by the ultrasonic transducer 35 of the two-dimensional array transducer 31.

上記超音波振動子３５により検出された信号、すなわち超音波微小振動子３５の受信信号は、サブアレイ３６の単位でサブアレイ受信遅延加算回路３３に送られ、図３に示したように前置増幅器５１で所定の信号レベルに増幅された後、遅延回路５２に入力される。 The signal detected by the ultrasonic transducer 35, that is, the reception signal of the ultrasonic micro-vibrator 35 is sent to the subarray reception delay adding circuit 33 in units of subarrays 36, and as shown in FIG. The signal is amplified to a predetermined signal level and input to the delay circuit 52.

上記遅延回路５２は、各超音波振動子３５毎に形成されているＣＣＤ遅延素子５３ａ〜５３ｅから必要な遅延時間のＣＣＤ遅延素子を、図５に示したように重み付けに必要なチャンネル数（本数）分の入力入力ゲートを開けることにより、各受信信号の振幅調整を行ない超音波の受信特性を改善する。各超音波振動子３５の受信信号は、ＣＣＤ遅延素子５３ａ〜５３ｅに入力される際に入力ゲートＣＧ１〜ＣＧ５において電荷に変換され、電荷転送用の２相のクロックＣＬＫ１、ＣＬＫ２によりクロック周期例えば１０ｎｓｅｃ毎に次段の電位井戸に順次転送される。この場合、入力ゲートＣＧ１〜ＣＧ５により選択されたＣＣＤ遅延素子５３ａ〜５３ｅの転送段数及びクロックＣＬＫ１、ＣＬＫ２の周期を調整することにより、必要な受信遅延が付与される。各ＣＣＤ遅延素子５３ａ〜５３ｅは、その出力が共通の電位井戸５４に導かれているので、受信遅延が付与されたサブアレイ３６の各超音波振動子３５の受信信号が電荷の状態で加算される。この共通の電位井戸５４で加算された電荷は、ＦＧＡ５５で電圧の波形に変換されて出力される。従って、サブアレイ受信遅延加算回路３３からは、各サブアレイ３６毎に遅延加算された信号電圧が得られる。 The delay circuit 52 includes the number of channels (number of channels) necessary for weighting as shown in FIG. 5 for the CCD delay elements having the necessary delay time from the CCD delay elements 53a to 53e formed for each ultrasonic transducer 35. ), The amplitude of each received signal is adjusted to improve the ultrasonic reception characteristics. The received signals of the ultrasonic transducers 35 are converted into electric charges at the input gates CG1 to CG5 when inputted to the CCD delay elements 53a to 53e, and the clock period is, for example, 10 nsec by the two-phase clocks CLK1 and CLK2 for charge transfer. Each time it is sequentially transferred to the potential well in the next stage. In this case, a necessary reception delay is given by adjusting the number of transfer stages of the CCD delay elements 53a to 53e selected by the input gates CG1 to CG5 and the period of the clocks CLK1 and CLK2. Since the outputs of the CCD delay elements 53a to 53e are led to the common potential well 54, the reception signals of the ultrasonic transducers 35 of the sub-array 36 to which the reception delay is given are added in the state of charge. . The charge added in the common potential well 54 is converted into a voltage waveform by the FGA 55 and output. Therefore, the sub-array reception delay adding circuit 33 obtains a signal voltage delayed and added for each sub-array 36.

上記サブアレイ受信遅延加算回路３３により遅延処理された信号は、プローブケーブル３４を介して超音波診断装置本体４０へ送られる。超音波診断装置本体４０は、超音波プローブ３０から送られてくる遅延された超音波受信信号をメインビームフォーマ４１で更に追加遅延加算処理して画像処理ユニット４３へ出力する。この画像処理ユニット４３は、メインビームフォーマ４１の出力信号を処理し、３次元の超音波画像を生成して表示部４４に表示する。 The signal delayed by the subarray reception delay adding circuit 33 is sent to the ultrasonic diagnostic apparatus main body 40 via the probe cable 34. The ultrasonic diagnostic apparatus main body 40 further performs an additional delay addition process on the delayed ultrasonic reception signal sent from the ultrasonic probe 30 by the main beam former 41 and outputs it to the image processing unit 43. The image processing unit 43 processes the output signal of the main beamformer 41, generates a three-dimensional ultrasonic image, and displays it on the display unit 44.

上記実施形態で示したように超音波プローブ３０のプローブ内送受信回路３２におけるサブアレイ受信遅延加算回路３３を、入力ゲートＣＧ１〜ＣＧ５により選択可能なＣＣＤ遅延素子５３ａ〜５３ｅと、このＣＣＤ遅延素子５３ａ〜５３ｅにより遅延された信号を電荷の状態で加算処理する共通の電位井戸５４とにより構成し、かつ、上記ＣＣＤ遅延素子５３ａ〜５３ｅで重み付け処理できるように構成することにより、従来のＣＣＤ遅延素子にタップを設けて各タップ毎に電荷をＦＧＡで電気信号に変換するアナログ回路を用いた場合に比較してＦＧＡの使用数を少なくでき、消費電力を低減することができる。また、遅延した信号を加算するための抵抗が不要であるので、抵抗によるノイズの発生を防止することができる。この結果、高品位なリアルタイム超音波画像を収集することが可能になる。 As shown in the above-described embodiment, the sub-array reception delay adding circuit 33 in the intra-probe transmission / reception circuit 32 of the ultrasonic probe 30 includes the CCD delay elements 53a to 53e selectable by the input gates CG1 to CG5, and the CCD delay elements 53a to 53a. The conventional CCD delay element is configured by a common potential well 54 that adds signals delayed by 53e in the state of charge and can be weighted by the CCD delay elements 53a to 53e. The number of FGAs used can be reduced and power consumption can be reduced as compared with the case where an analog circuit is provided in which taps are provided and charges are converted into electric signals by the FGA for each tap. In addition, since a resistor for adding the delayed signals is unnecessary, generation of noise due to the resistor can be prevented. As a result, high-quality real-time ultrasonic images can be collected.

また、２次元アレイトランスデューサ３１は、２次元アレイ配置した超音波振動子３５を例えば「４×４＝１６素子」等のサブアレイ３６の単位に分割して遅延処理することにより、プローブケーブル３４の本数（信号線数）を著しく減らすことができる。例えば上記実施形態で示したように「６４×６４＝４０９６素子」の超音波振動子３５を２次元アレイ配置し、サブアレイ３６を「４×４＝１６」の素子構成とした場合、プローブケーブル３４の本数を「４０９６／１６＝２５６本」に減少することができる。従って、この場合には、上記超音波プローブ３０からの信号を処理する超音波診断装置本体４０内のメインビームフォーマ４１は、回路数を「２５６」設ければよいことになる。 The two-dimensional array transducer 31 divides the ultrasonic transducers 35 arranged in the two-dimensional array into units of sub-arrays 36 such as “4 × 4 = 16 elements” and delays them, so that the number of probe cables 34 is increased. The number of signal lines can be significantly reduced. For example, when the ultrasonic transducers 35 of “64 × 64 = 4096 elements” are arranged in a two-dimensional array and the subarray 36 has an element configuration of “4 × 4 = 16” as shown in the above embodiment, the probe cable 34 Can be reduced to “4096/16 = 256”. Therefore, in this case, the main beam former 41 in the ultrasonic diagnostic apparatus main body 40 for processing the signal from the ultrasonic probe 30 may be provided with “256” circuits.

なお、上記実施形態では、２次元アレイトランスデューサ３１の超音波振動子３５を「６４×６４＝４０９６素子」の２次元アレイ配置とした場合について示したが、その配置構成は上記実施形態に限定されるものではなく、任意に設定し得るものである。 In the above embodiment, the case where the ultrasonic transducer 35 of the two-dimensional array transducer 31 is a two-dimensional array arrangement of “64 × 64 = 4096 elements” is shown, but the arrangement configuration is limited to the above-described embodiment. It is not something that can be set arbitrarily.

また、上記２次元サブアレイにおけるサブアレイ３６は、「４×４＝１６素子」の配置構成とした場合について示したが、その他、例えば「３×３」、「３×４」、「４×４」、「５×５」等、任意に設定することが可能である。 Further, although the subarray 36 in the two-dimensional subarray has been described with respect to the arrangement configuration of “4 × 4 = 16 elements”, for example, “3 × 3”, “3 × 4”, “4 × 4”, and the like. , “5 × 5”, etc., can be set arbitrarily.

また、上記実施形態では、サブアレイ受信遅延加算回路３３における遅延回路５２を５系統のＣＣＤ遅延素子５３ａ〜５３ｅにより構成した場合について示したが、このＣＣＤ遅延素子５３ａ〜５３ｅの系統数は任意に設定し得るものである。 In the above embodiment, the case where the delay circuit 52 in the sub-array reception delay adding circuit 33 is constituted by five CCD delay elements 53a to 53e has been described, but the number of CCD delay elements 53a to 53e is arbitrarily set. It is possible.

また、上記各ＣＣＤ遅延素子５３ａ〜５３ｅは、図５に示したように重み付け処理を行なわせるために３系統のＣＣＤ遅延素子を並列に設けた場合について示したが、このＣＣＤ遅延素子の系統数についても任意に設定し得るものである。 Each of the CCD delay elements 53a to 53e has been described with respect to a case where three CCD delay elements are provided in parallel to perform weighting processing as shown in FIG. Can also be set arbitrarily.

また、上記実施形態では、２次元アレイによるリアルタイム３次元超音波診断装置に適用した場合について示したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他、例えば通常の１次元アレイや１．５次元アレイなどの形態においても、その要旨を変更しない範囲で種々の変形・適用が可能であることは勿論である。 Moreover, although the case where it applied to the real-time three-dimensional ultrasonic diagnostic apparatus by a two-dimensional array was shown in the said embodiment, this invention is not limited to the said embodiment, For example, a normal one-dimensional array, It goes without saying that various modifications and applications can be made without departing from the gist of the 1.5-dimensional array.

本発明の一実施形態に係る超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a schematic configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention. 同実施形態において、超音波プローブの２次元アレイトランスデューサにおける超音波振動子の２次元配置構成を説明するための図である。In the embodiment, it is a figure for demonstrating the two-dimensional arrangement configuration of the ultrasonic transducer | vibrator in the two-dimensional array transducer of an ultrasonic probe. 同実施形態におけるサブアレイ受信遅延加算回路の構成図である。It is a block diagram of the subarray reception delay addition circuit in the same embodiment. 同実施形態において、サブアレイ受信遅延加算回路のＣＣＤ遅延素子を駆動する２相のクロックを示す図である。4 is a diagram showing a two-phase clock for driving a CCD delay element of a sub-array reception delay adder circuit in the same embodiment. FIG. 同実施形態において、サブアレイ受信遅延加算回路の各ＣＣＤ遅延素子により重み付けを行なう場合の構成例を示す図である。In the same embodiment, it is a figure which shows the structural example in the case of weighting by each CCD delay element of a subarray reception delay addition circuit. 従来の超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the conventional ultrasonic diagnostic apparatus. 従来の超音波診断装置におけるサブアレイ受信遅延加算回路の構成図である。It is a block diagram of the subarray reception delay addition circuit in the conventional ultrasonic diagnostic apparatus. 従来の超音波診断装置におけるサブアレイ受信遅延加算回路のＣＣＤ遅延素子を駆動する２相のクロックを示す図である。It is a figure which shows the two-phase clock which drives the CCD delay element of the subarray reception delay addition circuit in the conventional ultrasonic diagnostic apparatus.

Explanation of symbols

３０…超音波プローブ、３１…２次元アレイトランスデューサ、３２…プローブ内送受信回路、３３…サブアレイ受信遅延加算回路、３４…プローブケーブル、３５…超音波振動子、３６…サブアレイ、３７…３次元超音波ビーム、４０…超音波診断装置本体、４１…メインビームフォーマ、４２…本体側送受信部、４３…画像処理ユニット、４４…表示部、５１…前置増幅器、５２…遅延回路、５３ａ〜５３ｄ…ＣＣＤ遅延素子、５４…共通の電位井戸、５５…ＦＧＡ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 30 ... Ultrasonic probe, 31 ... Two-dimensional array transducer, 32 ... In-probe transmission / reception circuit, 33 ... Subarray reception delay addition circuit, 34 ... Probe cable, 35 ... Ultrasonic transducer, 36 ... Subarray, 37 ... Three-dimensional ultrasonic wave Beam, 40 ... main body of ultrasonic diagnostic apparatus, 41 ... main beam former, 42 ... main body side transmission / reception unit, 43 ... image processing unit, 44 ... display unit, 51 ... preamplifier, 52 ... delay circuit, 53a-53d ... CCD Delay element, 54 ... common potential well, 55 ... FGA.

Claims

A plurality of ultrasonic transducers provided in an ultrasonic probe, and the ultrasonic transducers are divided into a set of subarrays for each predetermined number, and an ultrasonic reception signal obtained from the ultrasonic transducers included in each subarray First delay addition means for performing delay addition processing for each sub-array,
A second delay which is provided in the ultrasonic diagnostic apparatus main body and performs an additional delay addition process on the ultrasonic reception signal subjected to the delay addition process for each subarray by the first delay addition unit, thereby forming a desired ultrasonic beam. Adding means, and image processing means for forming an ultrasonic image based on the reception information formed by the delay addition processing of the second delay addition means,
The first delay adding means includes a plurality of CCD delay elements corresponding to each of a plurality of delay times, and simultaneously selects a desired number of delay elements corresponding to the same delay time among the plurality of CCD delay elements. By adjusting the amplitude of the received signal for each delay time, an ultrasonic diagnostic apparatus.

2. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the first delay addition means performs addition of delayed signals as charge accumulation by a common potential well.

The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the first delay addition unit includes a unit that converts the extracted signal charge into a voltage and extracts the voltage.

An ultrasonic probe having a plurality of subarrays composed of a plurality of ultrasonic transducers;
  First delay addition means for performing a first delay addition process for each of the sub-arrays on reception signals from the plurality of ultrasonic transducers;
  Second delay addition means for performing a second delay addition process on the reception signal subjected to the first delay addition process and outputting a reception signal corresponding to the ultrasonic beam;
  Image processing means for forming an ultrasonic image based on a received signal corresponding to the ultrasonic beam,
  The first delay adding means includes a plurality of CCD delay elements respectively corresponding to a plurality of delay times for each of the ultrasonic transducers, and the plurality of CCD delay elements are used for performing the first delay addition process. A CCD delay element having a desired delay time is selected.
  An ultrasonic diagnostic apparatus characterized by that.

The first delay adding means further includes a plurality of CCD delay elements for the same delay time for each of the ultrasonic transducers, and the same delay time for adjusting the amplitude of the received signal for each delay time. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 4, wherein a desired number of CCD delay elements among a plurality of CCD delay elements are simultaneously selected.

The first delay adding means adds the reception signals delayed by the CCD delay elements of the desired delay time for each subarray by a common potential well in order to perform the first delay addition processing. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that:

The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 4, wherein the first delay addition unit outputs a charge voltage of the reception signal subjected to the first delay addition process.