JP5580524B2 - Ultrasonic probe and ultrasonic diagnostic apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、超音波を送受信する複数の超音波トランスデューサを内蔵する超音波探触子、及び、そのような超音波探触子を用いて超音波診断画像を生成する超音波診断装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic probe that includes a plurality of ultrasonic transducers that transmit and receive ultrasonic waves, and an ultrasonic diagnostic apparatus that generates an ultrasonic diagnostic image using such an ultrasonic probe.
医療分野においては、被検体の内部を観察して診断を行うために、様々な撮像技術が開発されている。特に、超音波を送受信することによって被検体の内部情報を取得する超音波撮像は、リアルタイムで画像観察を行うことができる上に、X線写真やRI(radio isotope)シンチレーションカメラ等の他の医用画像技術と異なり、放射線による被曝がない。そのため、超音波撮像は、安全性の高い撮像技術として、産科領域における胎児診断の他、婦人科系、循環器系、消化器系等を含む幅広い領域において利用されている。 In the medical field, various imaging techniques have been developed in order to observe and diagnose the inside of a subject. In particular, ultrasonic imaging that acquires internal information of a subject by transmitting and receiving ultrasonic waves enables real-time image observation, and other medical uses such as X-ray photographs and RI (radio isotope) scintillation cameras. Unlike imaging technology, there is no radiation exposure. Therefore, ultrasonic imaging is used as a highly safe imaging technique in a wide range of areas including gynecological system, circulatory system, digestive system, etc. in addition to fetal diagnosis in the obstetrics field.
超音波撮像の原理は、次のようなものである。超音波は、被検体内における構造物の境界のように、音響インピーダンスが異なる領域の境界において反射される。そこで、超音波ビームを人体等の被検体内に送信し、被検体内において生じた超音波エコーを受信して、超音波エコーが生じた反射位置や反射強度を求めることにより、被検体内に存在する構造物(例えば、内臓や病変組織等)の輪郭を抽出することができる。 The principle of ultrasonic imaging is as follows. Ultrasound is reflected at the boundary between regions having different acoustic impedances, such as the boundary between structures in the subject. Therefore, an ultrasonic beam is transmitted into a subject such as a human body, an ultrasonic echo generated in the subject is received, and a reflection position and a reflection intensity at which the ultrasonic echo is generated are obtained. The contour of an existing structure (for example, a viscera or a diseased tissue) can be extracted.
一般に、超音波診断装置においては、超音波の送受信機能を有する複数の超音波トランスデューサ(振動子)を含む超音波探触子(プローブ)が用いられる。超音波エコーを受信した振動子から出力される受信信号は、超音波の焦点からそれぞれの振動子までの距離の差に応じた遅延を伴うので、振動子の位置に応じた遅延をそれらの受信信号に与えた後にそれらの受信信号を加算することによって、特定の位置に焦点を結ぶビームフォーミング処理(受信フォーカス処理)が行われる。その際に、複数の受信信号が加算されるまでは、それらの受信信号は並列データとして扱われる。 In general, in an ultrasonic diagnostic apparatus, an ultrasonic probe (probe) including a plurality of ultrasonic transducers (vibrators) having an ultrasonic transmission / reception function is used. The reception signal output from the transducer that has received the ultrasonic echo is accompanied by a delay according to the difference in distance from the focal point of the ultrasonic to each transducer. A beam forming process (reception focus process) for focusing on a specific position is performed by adding the received signals after giving them to the signal. At that time, the received signals are treated as parallel data until a plurality of received signals are added.
この受信フォーカス処理は、通常、ディジタル信号処理によって行われる。即ち、A/D変換された受信信号は、メモリに蓄えられた後、読み出し時刻を随時変えながら読み出され、適度に補間処理が施されて加算される。複数の受信信号が加算されると、信号のチャンネル数が1つになるので、無線通信によって信号伝送を行うことも可能となる。従って、受信フォーカス処理を行うための回路を超音波探触子の中に組み込めば、超音波探触子と超音波診断装置本体とを接続する信号線の本数を低減したり、ワイアレス化を図ることができる。 This reception focus processing is usually performed by digital signal processing. In other words, the A / D converted received signal is stored in the memory, then read out while changing the reading time as needed, appropriately interpolated, and added. When a plurality of received signals are added, the number of signal channels becomes one, so that signal transmission can also be performed by wireless communication. Therefore, if a circuit for performing the reception focus process is incorporated in the ultrasonic probe, the number of signal lines connecting the ultrasonic probe and the ultrasonic diagnostic apparatus main body can be reduced or wireless can be achieved. be able to.
しかしながら、受信フォーカス処理においては、受信信号に与える遅延量が焦点の位置によって異なるので、メモリからの読み出し時刻の制御は極めて複雑となり、大規模な回路が必要になる。そのような回路を超音波探触子の中に組み込むと、もはや片手で容易に操作できるような実用的な大きさではなくなってしまう。 However, in the reception focus processing, the amount of delay given to the reception signal differs depending on the position of the focal point, so that the control of the read time from the memory becomes extremely complicated and a large-scale circuit is required. When such a circuit is incorporated into an ultrasound probe, it is no longer practical enough to be easily operated with one hand.
関連する技術として、特許文献1には、高精細化に伴い振動素子数が増加しても伝送ケーブルの細径化、軽量化が可能であり、操作性の維持及び向上を行うことのできる超音波探触子を有する超音波診断装置が開示されている。この超音波診断装置は、複数の振動素子を用いて生体に対して超音波パルスの送受波を行う超音波探触子と、当該超音波探触子に伝送ケーブルを介して接続され前記超音波探触子から超音波パルスを送波するための送波信号の生成及び生体で反射して前記超音波探触子で受波した超音波パルス(エコー)に基づく受波信号から超音波画像を形成する装置本体とを含み、前記伝送ケーブルを介して前記超音波探触子と装置本体との間で受け渡しされる送波信号及び受波信号が、伝送前に各振動素子に対応して時分割的に区切られてチップ化され、各チップが、前記伝送ケーブル内の共用信号線を利用して順次伝送されることを特徴とする。 As a related technique, Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228867 discloses that a transmission cable can be reduced in diameter and weight even when the number of vibration elements increases with higher definition, and the operability can be maintained and improved. An ultrasonic diagnostic apparatus having an acoustic probe is disclosed. The ultrasonic diagnostic apparatus includes an ultrasonic probe that transmits and receives ultrasonic pulses to and from a living body using a plurality of vibration elements, and the ultrasonic wave connected to the ultrasonic probe via a transmission cable. Generation of a transmission signal for transmitting an ultrasonic pulse from the probe, and an ultrasonic image from the received signal based on the ultrasonic pulse (echo) reflected by the living body and received by the ultrasonic probe A transmission signal and a reception signal passed between the ultrasonic probe and the apparatus main body via the transmission cable corresponding to each vibration element before transmission. The chip is divided and divided, and each chip is sequentially transmitted using a shared signal line in the transmission cable.
しかしながら、特許文献1の超音波診断装置においては、各振動素子から出力される受波信号がそのままの帯域で伝送されるので、データ量を削減することができず、高い伝送レートが必要となる。また、受波信号が時分割によって伝送されるので、伝送後にビームフォーミング処理を確実に行えるという保証がない。
However, in the ultrasonic diagnostic apparatus disclosed in
特許文献2には、超音波プローブと装置本体との間で無線伝送を行うワイアレス超音波診断装置が開示されている。この超音波診断装置においては、超音波プローブが、複数の振動子と、それらの振動子に対応した増幅器及びA/D変換器と、ディジタルビームフォーマと、PS変換部と、制御データ挿入部と、変調器と、電力増幅器とを含んでおり、超音波プローブ内においてディジタルビームフォーミング処理が行われて整相加算データが生成され、さらに、整相加算データがパラレル/シリアル変換される。
しかしながら、超音波プローブ内においてディジタルビームフォーミング処理を行うためには、従来の超音波診断装置におけるフロントエンド回路を超音波プローブ内にまるごと収めなくてはならず、回路規模が膨大になる。
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、複数の超音波トランスデューサから出力される受信信号のデータ量を減少させることにより、超音波探触子と超音波診断装置本体とを接続する信号線の本数を低減したり、ワイアレス化を図ることを目的とする。 Therefore, in view of the above points, the present invention reduces the amount of received signal data output from a plurality of ultrasonic transducers, thereby reducing the signal line connecting the ultrasonic probe and the ultrasonic diagnostic apparatus body . The purpose is to reduce the number of wires or make them wireless.
上記課題を解決するため、本発明の1つの観点に係る超音波探触子は、複数の駆動信号に従って超音波を送信すると共に、超音波エコーを受信して複数の受信信号を出力する複数の超音波トランスデューサと、複数の超音波トランスデューサの内から、順次切り換えられる複数の送受信開口の内の1つの送受信開口を構成する一群の超音波トランスデューサを選択する切換回路と、切換回路によって選択された一群の超音波トランスデューサにおいて対称位置にある2つの超音波トランスデューサから出力される受信信号を加算する加算回路と、加算回路から出力される受信信号に対して直交検波処理又は直交サンプリング処理を施すことにより複素ベースバンド信号を生成する信号処理手段と、信号処理手段によって生成された複素ベースバンド信号をサンプリングすることによりサンプルデータを生成するサンプリング手段と、一群の超音波トランスデューサについてサンプリング手段によって生成されたパラレルのサンプルデータを、シリアルのサンプルデータに変換するシリアル化手段と、シリアル化手段によって変換されたシリアルのサンプルデータを伝送する伝送手段とを具備する。 In order to solve the above-described problem, an ultrasonic probe according to one aspect of the present invention transmits an ultrasonic wave according to a plurality of drive signals, receives an ultrasonic echo, and outputs a plurality of received signals. An ultrasonic transducer, a switching circuit for selecting a group of ultrasonic transducers constituting one transmission / reception aperture among a plurality of transmission / reception apertures sequentially switched from among the plurality of ultrasonic transducers, and a group selected by the switching circuit An addition circuit that adds reception signals output from two ultrasonic transducers at symmetrical positions in the ultrasonic transducer of FIG. 5 and a complex by performing orthogonal detection processing or orthogonal sampling processing on the reception signals output from the addition circuit Signal processing means for generating a baseband signal, and a complex base generated by the signal processing means Sampling means for generating sample data by sampling the command signal, a group of ultrasonic transducers parallel sample data generated by the sampling means, and serialization means for converting the serial sample data, the serializing means Transmission means for transmitting the converted serial sample data.
また、本発明の1つの観点に係る超音波診断装置は、本発明に係る超音波探触子と、超音波探触子から受信したサンプルデータに対して受信フォーカス処理を施すことにより、超音波の受信方向に沿った音線信号を生成する受信フォーカス処理手段と、受信フォーカス処理手段によって生成された音線信号に基づいて、超音波診断画像を表す画像信号を生成する画像信号生成手段とを具備する。 In addition, an ultrasonic diagnostic apparatus according to one aspect of the present invention includes an ultrasonic probe according to the present invention, and ultrasonic wave by performing reception focus processing on sample data received from the ultrasonic probe. Receiving focus processing means for generating a sound ray signal along the receiving direction of the image, and image signal generating means for generating an image signal representing an ultrasonic diagnostic image based on the sound ray signal generated by the receiving focus processing means. It has.
本発明によれば、超音波探触子において、各超音波トランスデューサから出力される受信信号に対して直交検波処理又は直交サンプリング処理を施すことにより複素ベースバンド信号を生成し、複素ベースバンド信号をサンプリングすることによって生成されたパラレルのサンプルデータをシリアルのサンプルデータに変換して超音波診断装置本体に伝送することにより、複数の超音波トランスデューサから出力される受信信号のデータ量を減少させて、超音波探触子と超音波診断装置とを接続する信号線の本数を低減したり、ワイアレス化を図ることができる。 According to the present invention, an ultrasonic probe generates a complex baseband signal by performing orthogonal detection processing or orthogonal sampling processing on a reception signal output from each ultrasonic transducer, By converting parallel sample data generated by sampling into serial sample data and transmitting it to the ultrasonic diagnostic apparatus body, the amount of received signal data output from a plurality of ultrasonic transducers is reduced, It is possible to reduce the number of signal lines connecting the ultrasonic probe and the ultrasonic diagnostic apparatus, and to achieve a wireless connection.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、説明を省略する。
図1は、本発明の一実施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に示すように、この超音波診断装置は、本発明の一実施形態に係る超音波探触子1と、超音波診断装置本体2とによって構成される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the same referential mark is attached | subjected to the same component and description is abbreviate | omitted.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, this ultrasonic diagnostic apparatus includes an
超音波探触子1は、リニアスキャン方式、コンベックススキャン方式、セクタスキャン方式等の体外式プローブでも良いし、ラジアルスキャン方式等の超音波内視鏡用プローブでも良い。図1に示すように、超音波探触子1は、1次元又は2次元のトランスデューサアレイを構成する複数の超音波トランスデューサ10と、複数チャンネルの送受信部20と、シリアル化部30と、送信制御部40と、伝送回路50とを含んでいる。
The
複数の超音波トランスデューサ10は、印加される複数の駆動信号に従って超音波を送信すると共に、伝搬する超音波エコーを受信して複数の受信信号を出力する。各超音波トランスデューサは、例えば、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛:Pb(lead) zirconate titanate)に代表される圧電セラミックや、PVDF(ポリフッ化ビニリデン:polyvinylidene difluoride)に代表される高分子圧電素子等の圧電性を有する材料(圧電体)の両端に電極を形成した振動子によって構成される。
The plurality of
そのような振動子の電極に、パルス状又は連続波の電圧を印加すると、圧電体が伸縮する。この伸縮により、それぞれの振動子からパルス状又は連続波の超音波が発生し、それらの超音波の合成によって超音波ビームが形成される。また、それぞれの振動子は、伝搬する超音波を受信することによって伸縮し、電気信号を発生する。それらの電気信号は、超音波の受信信号として出力される。 When a pulsed or continuous wave voltage is applied to the electrodes of such a vibrator, the piezoelectric body expands and contracts. By this expansion and contraction, pulsed or continuous wave ultrasonic waves are generated from the respective vibrators, and an ultrasonic beam is formed by combining the ultrasonic waves. Each vibrator expands and contracts by receiving propagating ultrasonic waves and generates an electrical signal. These electrical signals are output as ultrasonic reception signals.
複数チャンネルの送受信部20は、送信制御部40の制御の下で複数の駆動信号を生成して、それらの駆動信号を複数の超音波トランスデューサ10に供給すると共に、複数の超音波トランスデューサ10から出力される複数の受信信号に対して直交検波処理等を施して得られたサンプルデータをシリアル化部30に供給する。
The multi-channel transmission /
図2は、図1に示す送受信部の第1の構成例を示す図である。図2に示すように、各チャンネルの送受信部20は、送信回路21と、プリアンプ22と、ローパスフィルタ(LPF)23と、アナログ/ディジタル変換器(ADC)24と、直交検波処理部25と、サンプリング部26a及び26bと、メモリ27a及び27bとを含んでいる。ここで、送信回路21〜直交検波処理部25は、信号処理手段を構成している。
FIG. 2 is a diagram illustrating a first configuration example of the transmission / reception unit illustrated in FIG. 1. As shown in FIG. 2, the transmission /
送信回路21は、例えば、パルサによって構成されており、送信制御部40の制御の下で駆動信号を生成して、生成された駆動信号を超音波トランスデューサ10に供給する。図1に示す送信制御部40は、伝送回路50から出力される走査制御信号に基づいて、複数チャンネルの送信回路21の動作を制御する。例えば、送信制御部40は、走査制御信号によって設定された送信方向に応じて、複数の遅延パターンの中から1つのパターンを選択し、そのパターンに基づいて、複数の超音波トランスデューサ10の駆動信号にそれぞれ与えられる遅延時間を設定する。あるいは、送信制御部40は、複数の超音波トランスデューサ10から一度に送信される超音波が被検体の撮像領域全体に届くように遅延時間を設定しても良い。
The
複数チャンネルの送信回路21は、送信制御部40によって選択された送信遅延パターンに基づいて、複数の超音波トランスデューサ10から送信される超音波が超音波ビームを形成するように複数の駆動信号の遅延量を調節して複数の超音波トランスデューサ10に供給し、あるいは、複数の超音波トランスデューサ10から一度に送信される超音波が被検体の撮像領域全体に届くように複数の駆動信号を複数の超音波トランスデューサ10に供給する。
Based on the transmission delay pattern selected by the
プリアンプ22は、超音波トランスデューサ10から出力される受信信号(RF信号)を増幅し、LPF23は、プリアンプ21から出力される受信信号の帯域を制限することにより、A/D変換におけるアライアシングを防止する。ADC24は、LPF23から出力されるアナログの受信信号をディジタルの受信信号に変換する。例えば、超音波の周波数が5MHz程度であるとすれば、40MHzのサンプリング周波数が用いられる。その場合に、1サンプルに相当する生体内距離は約0.038mmとなるので、4096サンプルで約15.7cmの深度までのデータが得られることになる。
The
受信開口における超音波トランスデューサの数を64個とし、超音波診断画像の1フレームについて100本の超音波受信ライン(音線)が必要であるとすれば、1フレームの画像を表示するために必要なデータ量は、4096×64×100≒26×106個となり、毎秒10フレームの画像を表示するためには、約260×106個/秒のデータ転送が必要となる。ここで、超音波診断画像に必要な分解能は、通常、1個のデータについて12ビット程度であるから、上記のデータを伝送するためには、約3120Mbpsの伝送ビットレートが必要となる。 If the number of ultrasonic transducers in the reception aperture is 64, and 100 ultrasonic reception lines (sound rays) are required for one frame of an ultrasonic diagnostic image, it is necessary to display an image of one frame. The amount of data is 4096 × 64 × 100≈26 × 10 6 , and in order to display an image of 10 frames per second, data transfer of about 260 × 10 6 / sec is required. Here, since the resolution required for the ultrasonic diagnostic image is usually about 12 bits for one piece of data, a transmission bit rate of about 3120 Mbps is required to transmit the above data.
このように、RF信号のままでデータの直列化を行うと、伝送ビットレートが極めて高くなり、通信速度やメモリの動作速度がそれに追いつかない。一方、背景技術の説明において述べたように、受信フォーカス処理の後でデータの直列化を行うと、伝送ビットレートを低減することができる。しかしながら、受信フォーカス処理のための回路は、規模が大きく、超音波探触子の中に組み込むことは困難である。そこで、本実施形態においては、受信信号に対して直交検波処理等を施して受信信号の周波数帯域をベースバンド周波数帯域に落としてからデータの直列化を行うことにより、伝送ビットレートを低減させている。 Thus, when data is serialized with an RF signal as it is, the transmission bit rate becomes extremely high, and the communication speed and the operation speed of the memory cannot keep up with it. On the other hand, as described in the description of the background art, when data is serialized after the reception focus process, the transmission bit rate can be reduced. However, the circuit for reception focus processing is large in scale, and it is difficult to incorporate it into an ultrasonic probe. Therefore, in the present embodiment, the transmission bit rate is reduced by performing orthogonal detection processing or the like on the received signal to reduce the frequency band of the received signal to the baseband frequency band and then serializing the data. Yes.
直交検波処理部25は、受信信号に対して直交検波処理を施し、複素ベースバンド信号(I信号及びQ信号)を生成する。図2に示すように、直交検波処理部25は、ミキサ(掛算回路)25a及び25bと、ローパスフィルタ(LPF)25c及び25dとを含んでいる。ミキサ25aが、ADC24によってディジタル信号に変換された受信信号に局部発振信号cosω0tを掛け合わせて、LPF25cが、ミキサ25aから出力される信号にローパスフィルタ処理を施すことにより、実数成分を表すI信号が生成される。一方、ミキサ25bが、ADC24によってディジタル信号に変換された受信信号に位相をπ/2だけ回転させた局部発振信号sinω0tを掛け合わせて、LPF25dが、ミキサ25bから出力される信号にローパスフィルタ処理を施すことにより、虚数成分を表すQ信号が生成される。
The quadrature
サンプリング部26a及び26bは、直交検波処理部25によって生成された複素ベースバンド信号(I信号及びQ信号)をサンプリング(再サンプリング)することにより、2チャンネルのサンプルデータをそれぞれ生成する。生成された2チャンネルのサンプルデータは、メモリ27a及び27bにそれぞれ格納される。
The
ここで、ベースバンド信号を、ベースバンド周波数帯域の2倍の周波数でサンプリングすれば、信号情報は保持される。従って、サンプリング周波数は、5MHzであれば十分である。これにより、RF信号のままでデータの直列化を行う場合と比較して、サンプリング周波数が40MHzから5MHzに低下するので、データ量は1/8となり、約15.7cmの深度までのサンプル数が512個となる。ただし、包絡線検波によって信号情報を維持するためには、位相情報を保持しなければならないので、直交検波処理等によって複素ベースバンド信号(I信号及びQ信号)を生成する必要があり、データのチャンネル数が2倍となる。 Here, if the baseband signal is sampled at a frequency twice the baseband frequency band, the signal information is retained. Accordingly, a sampling frequency of 5 MHz is sufficient. As a result, the sampling frequency is reduced from 40 MHz to 5 MHz as compared with the case of serializing data with an RF signal as it is, so the data amount becomes 1/8 and the number of samples up to a depth of about 15.7 cm is reduced. 512. However, in order to maintain signal information by envelope detection, it is necessary to maintain phase information. Therefore, it is necessary to generate complex baseband signals (I signal and Q signal) by quadrature detection processing, etc. The number of channels is doubled.
従って、1フレームの画像を表示するために必要なデータ量は、512×64×100×2≒約6.6×106個となり、毎秒10フレームの画像を表示するためには、分解能を12ビットとして、約792Mbpsの伝送ビットレートが必要となる。また、サンプリング周波数を2.5MHzとすれば、約15.7cmの深度までのサンプル数が256個となり、データ量をさらに半分に低減することができるので、伝送ビットレートを約396Mbpsにすることができる。 Therefore, the amount of data necessary to display an image of one frame is 512 × 64 × 100 × 2≈about 6.6 × 10 6. In order to display an image of 10 frames per second, the resolution is 12 As a bit, a transmission bit rate of about 792 Mbps is required. If the sampling frequency is 2.5 MHz, the number of samples up to a depth of about 15.7 cm is 256, and the data amount can be further reduced by half, so that the transmission bit rate can be reduced to about 396 Mbps. it can.
図3A及び図3Bは、図2に示すADCによるサンプリングとサンプリング部によるサンプリングとを比較して示す波形図である。図3Aは、3つのチャンネルCh.1〜Ch.3について、ADC24によるサンプリングを示しており、図3Bは、3つのチャンネルCh.1〜Ch.3について、サンプリング部26aによるサンプリングを示している。図3Aに示すようにRF信号をサンプリングしてサンプルデータを伝送する場合と比較して、図3Bに示すようにベースバンド信号をサンプリングしてサンプルデータを伝送することにより、伝送ビットレートを大幅に低減することができる。
3A and 3B are waveform diagrams showing a comparison between sampling by the ADC shown in FIG. 2 and sampling by the sampling unit. FIG. 3A shows three channels Ch. 1-Ch. 3 shows sampling by the
図4は、図1に示す送受信部の第2の構成例を示す図である。図4に示す第2の構成例においては、図2に示す第1の構成例におけるサンプリング部26a及び26bの替わりに時分割サンプリング部26cが設けられており、メモリ27a及び27bの替わりにメモリ部27cが設けられている。
FIG. 4 is a diagram illustrating a second configuration example of the transmission / reception unit illustrated in FIG. 1. In the second configuration example shown in FIG. 4, a time-
時分割サンプリング部26cは、直交検波処理部25によって生成されるI信号及びQ信号を交互に時分割でサンプリング(再サンプリング)することにより、2系列のサンプルデータを生成する。例えば、時分割サンプリング部26cは、I信号をcosω0tの位相に同期してサンプリングし、Q信号をsinω0tの位相に同期してサンプリングする。生成された2系列のサンプルデータは、メモリ27cに格納される。これにより、メモリ回路を1系統にすることができる。
The time
図5は、図1に示す送受信部の第3の構成例を示す図である。図5に示す第3の構成例においては、図4に示す第2の構成例におけるミキサ25a及び25bの替わりに直交サンプリング部25eが設けられている。
FIG. 5 is a diagram illustrating a third configuration example of the transmission / reception unit illustrated in FIG. 1. In the third configuration example shown in FIG. 5, an
図6は、図5に示す直交サンプリング部の動作を説明するための波形図である。直交サンプリング部25eは、ADC24によってディジタル信号に変換された受信信号をcosω0tの位相に同期してサンプリングして第1の信号系列を生成すると共に、受信信号をsinω0tの位相に同期してサンプリングして第2の信号系列を生成する。
FIG. 6 is a waveform diagram for explaining the operation of the orthogonal sampling unit shown in FIG.
さらに、LPF25cが、直交サンプリング部25eから出力される第1の信号系列にローパスフィルタ処理を施すことにより、実数成分を表すI信号が生成され、LPF25dが、直交サンプリング部25eから出力される第2の信号系列にローパスフィルタ処理を施すことにより、虚数成分を表すQ信号が生成される。これにより、図4に示すミキサ25a及び25bを省略することができる。
Further, the
再び図1を参照すると、シリアル化部30は、複数チャンネルの送受信部20によって生成されたパラレルのサンプルデータを、シリアルのサンプルデータに変換する。例えば、シリアル化部30は、128チャンネルのパラレルのサンプルデータを、1〜4チャンネルのシリアルのサンプルデータに変換する。これにより、超音波トランスデューサ10の数と比較して、伝送チャンネル数が大幅に低減される。
Referring to FIG. 1 again, the
伝送回路50は、超音波診断装置本体2から走査制御信号を受信して、受信した走査制御信号を送信制御部40に出力すると共に、シリアル化部30によって変換されたシリアルのサンプルデータを超音波診断装置本体2に送信する。超音波探触子1と超音波診断装置本体2との間の信号伝送は、例えば、ASK(Amplitude Shift Keying)、PSK(Phase Shift Keying)、QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)、16QAM(16 Quadrature Amplitude Modulation)等の通信方式を用いて、有線又は無線で行われる。ASK又はPSKを用いる場合には、1系統で1チャンネルのシリアルデータを伝送することが可能であり、QPSKを用いる場合には、1系統で2チャンネルのシリアルデータを伝送することが可能であり、16QAMを用いる場合には、1系統で4チャンネルのシリアルデータを伝送することが可能である。
The
超音波探触子1の電源電圧は、超音波探触子1と超音波診断装置本体2との間の信号伝送が有線で行われる場合には超音波診断装置本体2から供給され、超音波探触子1と超音波診断装置本体2との間の信号伝送が無線で行われる場合にはバッテリー等によって供給される。超音波探触子1の電源電圧を超音波診断装置本体2から供給する場合には、超音波探触子1と超音波診断装置本体2との間に接続される信号線を利用してファントム給電を行っても良い。
The power supply voltage of the
以上において、直交検波処理部25(図2)、サンプリング部26a及び26b(図2)、時分割サンプリング部26c(図4)、直交サンプリング部25e(図5)、LPF25c及び25d(図5)、及び、シリアル化部30は、FPGA(Field Programmable Gate Array:現場でプログラミング可能なゲートアレイ)等のディジタル回路によって構成しても良いし、中央演算装置(CPU)と、CPUに各種の処理を行わせるためのソフトウェア(プログラム)とによって構成しても良い。
In the above, the quadrature detection processing unit 25 (FIG. 2), the
汎用回路であるFPGAを用いる場合には、回路規模を縮小しても、内蔵される電子部品の数にはあまり影響しない。しかしながら、回路規模が小さくなるとFPGAの容量が小さくて済むので、より小さな電子部品を使用することが可能となり、実装面積に大きく影響する。あるいは、直交検波処理部25をアナログ回路によって構成することにより、ADC24を省略しても良い。その場合には、サンプリング部26a及び26b、又は、時分割サンプリング部26cによって、複素ベースバンド信号のA/D変換が行われる。
When an FPGA that is a general-purpose circuit is used, even if the circuit scale is reduced, the number of built-in electronic components is not significantly affected. However, if the circuit scale is reduced, the capacity of the FPGA can be reduced, so that smaller electronic components can be used, which greatly affects the mounting area. Alternatively, the
一方、図1に示す超音波診断装置本体2は、伝送回路60と、走査制御部70と、受信フォーカス処理部80と、Bモード画像信号生成部90と、表示部100と、操作部110と、制御部120と、格納部130とを有している。
On the other hand, the ultrasonic diagnostic apparatus
走査制御部70は、超音波ビームの送信方向を順次設定して走査制御信号を生成する。伝送回路60は、走査制御部70によって生成された走査制御信号を超音波探触子1に送信すると共に、超音波探触子1からシリアルのサンプルデータを受信する。走査制御部70は、超音波エコーの受信方向を順次設定して、受信フォーカス処理部80を制御する。
The
受信フォーカス処理部80は、超音波探触子1から受信したサンプルデータに対して受信フォーカス処理を施すことにより、超音波の受信方向に沿った音線信号を生成する。受信フォーカス処理部80は、メモリ81と、整相加算部82とを含んでいる。メモリ81は、超音波探触子1から受信したシリアルのサンプルデータを順次格納する。整相加算部82は、走査制御部70において設定された受信方向に基づいて、複数の受信遅延パターンの中から1つのパターンを選択し、その受信遅延パターンに基づいて、サンプルデータによって表される複素ベースバンド信号に遅延を与えて加算することにより、受信フォーカス処理を行う。この受信フォーカス処理により、超音波エコーの焦点が絞り込まれたベースバンド信号(音線信号)が生成される。
The reception
Bモード画像信号生成部90は、受信フォーカス処理部80によって形成された音線信号に基づいて、被検体内の組織に関する断層画像情報であるBモード画像信号を生成する。Bモード画像信号生成部90は、STC(sensitivity time control)部91と、DSC(digital scan converter:ディジタル・スキャン・コンバータ)92とを含んでいる。STC部91は、受信フォーカス処理部80によって形成された音線信号に対して、超音波の反射位置の深度に応じて、距離による減衰の補正を施す。DSC92は、STC部91によって補正された音線信号を通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像信号に変換(ラスター変換)し、階調処理等の必要な画像処理を施すことにより、Bモード画像信号を生成する。表示部100は、例えば、LCD等のディスプレイ装置を含んでおり、Bモード画像信号生成部90によって生成されたBモード画像信号に基づいて超音波診断画像を表示する。
The B-mode image
制御部120は、操作部110を用いたオペレータの操作に従って、走査制御部70等を制御する。本実施形態においては、走査制御部70、整相加算部82、Bモード画像信号生成部90、及び、制御部120が、中央演算装置(CPU)と、CPUに各種の処理を行わせるためのソフトウェア(プログラム)とによって構成されるが、それらをディジタル回路やアナログ回路で構成しても良い。上記のソフトウェア(プログラム)は、格納部130に格納される。格納部130における記録媒体としては、内蔵のハードディスクの他に、フレキシブルディスク、MO、MT、RAM、CD−ROM、又は、DVD−ROM等を用いることができる。
The
図7は、本発明の一実施形態の第1の変形例に係る超音波探触子の構成を示すブロック図である。図7に示す超音波探触子1aにおいては、図1に示す超音波探触子1に対し、超音波探触子に設けられている複数の超音波トランスデューサ10と送受信部20との間の接続関係を切り換える切換回路11が追加されている。
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic probe according to the first modification of one embodiment of the present invention. In the ultrasonic probe 1 a shown in FIG. 7, the
一般に、リニアスキャン方式やコンベックススキャン方式の超音波探触子においては、送受信における開口が順次切り換えられながら被検体の走査が行われる。超音波探触子1aに設けられている超音波トランスデューサの数をNとし、同時に使用される超音波トランスデューサの数をMとすると(M<N)、切換回路11は、N個の超音波トランスデューサの内からM個の超音波トランスデューサを選択し、選択されたM個の超音波トランスデューサをM個の送受信部20にそれぞれ接続する。これにより、図1に示す超音波探触子1と比較して、送受信部20の数を低減することができる。
In general, in a linear scan type or convex scan type ultrasonic probe, a subject is scanned while the apertures in transmission and reception are sequentially switched. When the number of ultrasonic transducers provided in the ultrasonic probe 1a is N and the number of ultrasonic transducers used simultaneously is M (M <N), the switching
図8は、本発明の一実施形態の第2の変形例に係る超音波探触子の構成を示すブロック図である。図8に示す超音波探触子1bにおいては、図7に示す超音波探触子1aに対し、超音波受信時において2個の超音波トランスデューサ10から出力される受信信号を加算する加算回路12が追加されている。超音波送信時においては、加算回路12は、送受信部20から供給される駆動信号を2個の超音波トランスデューサ10に並列的に供給する。
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic probe according to the second modification of the embodiment of the present invention. In the ultrasonic probe 1b shown in FIG. 8, an
一般に、リニアスキャン方式やコンベックススキャン方式の超音波探触子においては、送受信方向が超音波トランスデューサの配列面に対して垂直とされるので、送受信における遅延量は、超音波ビームに対して対称となる。従って、M個の超音波トランスデューサによって形成される送受信開口において、第1番目の超音波トランスデューサと第M番目の超音波トランスデューサとについては遅延量が等しいので、受信信号R1と受信信号RMとを加算することができる。同様に、第2番目の超音波トランスデューサと第(M−1)番目の超音波トランスデューサとについては遅延量が等しいので、受信信号R2と受信信号R(M−1)とを加算することができる。これにより、図7に示す超音波探触子1aと比較して、送受信部20の数を半分にすることができ、また、超音波探触子1bと超音波診断装置本体2との間の伝送ビットレートを半分にすることができる。
Generally, in an ultrasonic probe of a linear scan method or a convex scan method, the transmission / reception direction is perpendicular to the array surface of the ultrasonic transducer, so that the delay amount in transmission / reception is symmetric with respect to the ultrasonic beam. Become. Accordingly, in the transmission / reception aperture formed by the M ultrasonic transducers, the delay amounts of the first ultrasonic transducer and the Mth ultrasonic transducer are equal, and therefore, the reception signal R 1 and the reception signal R M Can be added. Similarly, since the delay amount is the same for the second ultrasonic transducer and the (M−1) th ultrasonic transducer, it is possible to add the received signal R 2 and the received signal R (M−1). it can. Thereby, compared with the ultrasonic probe 1a shown in FIG. 7, the number of the transmission /
本発明は、超音波を送受信することにより生体内の臓器等の撮像を行って、診断のために用いられる超音波診断画像を生成する超音波診断装置において利用することが可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in an ultrasonic diagnostic apparatus that performs imaging of an organ or the like in a living body by transmitting and receiving ultrasonic waves and generates an ultrasonic diagnostic image used for diagnosis.
1 超音波探触子
2 超音波診断装置本体
10 超音波トランスデューサ
11 切換回路
12 加算回路
20 送受信部
21 送信回路
22 プリアンプ
23 LPF
24 ADC
25 直交検波処理部
25a、25b ミキサ
25c、25d LPF
25e 直交サンプリング部
26a、26b サンプリング部
26c 時分割サンプリング部
27a〜27c メモリ
30 シリアル化部
40 送信制御部
50、60 伝送回路
70 走査制御部
80 受信フォーカス処理部
81 メモリ
82 整相加算部
90 Bモード画像信号生成部
91 STC
92 DSC
100 表示部
110 操作部
120 制御部
130 格納部
DESCRIPTION OF
24 ADC
25 Quadrature
25e
92 DSC
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記複数の超音波トランスデューサの内から、順次切り換えられる複数の送受信開口の内の1つの送受信開口を構成する一群の超音波トランスデューサを選択する切換回路と、
前記切換回路によって選択された一群の超音波トランスデューサにおいて対称位置にある2つの超音波トランスデューサから出力される受信信号を加算する加算回路と、
前記加算回路から出力される受信信号に対して直交検波処理又は直交サンプリング処理を施すことにより複素ベースバンド信号を生成する信号処理手段と、
前記信号処理手段によって生成された複素ベースバンド信号をサンプリングすることによりサンプルデータを生成するサンプリング手段と、
前記一群の超音波トランスデューサについて前記サンプリング手段によって生成されたパラレルのサンプルデータを、シリアルのサンプルデータに変換するシリアル化手段と、
前記シリアル化手段によって変換されたシリアルのサンプルデータを伝送する伝送手段と、
を具備する超音波探触子。 A plurality of ultrasonic transducers for transmitting ultrasonic waves according to a plurality of drive signals, receiving ultrasonic echoes and outputting a plurality of received signals;
A switching circuit for selecting a group of ultrasonic transducers constituting one transmission / reception aperture among the plurality of transmission / reception apertures sequentially switched from among the plurality of ultrasonic transducers;
An addition circuit for adding received signals output from two ultrasonic transducers at symmetrical positions in the group of ultrasonic transducers selected by the switching circuit;
Signal processing means for generating a complex baseband signal by performing orthogonal detection processing or orthogonal sampling processing on the reception signal output from the addition circuit ;
Sampling means for generating sample data by sampling the complex baseband signal generated by the signal processing means;
The parallel sample data generated by said sampling means for said group of ultrasonic transducers, and serialization means for converting the serial sample data,
Transmission means for transmitting serial sample data converted by the serialization means;
An ultrasonic probe comprising:
前記加算回路から出力される受信信号を増幅するプリアンプと、
前記プリアンプから出力される受信信号の帯域を制限するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタから出力されるアナログの受信信号をディジタルの受信信号に変換するアナログ/ディジタル変換器と、
前記アナログ/ディジタル変換器によって変換されたディジタルの受信信号に対して直交検波処理を施すことにより複素ベースバンド信号を生成する直交検波処理手段と、
を含む、請求項1記載の超音波探触子。 The signal processing means is
A preamplifier for amplifying the reception signal output from the adder circuit ;
A low-pass filter for limiting the band of the received signal output from the preamplifier;
An analog / digital converter that converts an analog reception signal output from the low-pass filter into a digital reception signal;
Orthogonal detection processing means for generating a complex baseband signal by performing orthogonal detection processing on the digital received signal converted by the analog / digital converter;
Including ultrasonic probe according to claim 1 Symbol placement.
前記加算回路から出力される受信信号を増幅するプリアンプと、
前記プリアンプから出力される受信信号の帯域を制限するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタから出力されるアナログの受信信号をディジタルの受信信号に変換するアナログ/ディジタル変換器と、
前記アナログ/ディジタル変換器によって変換されたディジタルの受信信号に対して直交サンプリング処理を施すことにより第1の信号系列及び第2の信号系列を生成する直交サンプリング手段と、
前記直交サンプリング手段によって生成される第1及び第2の信号系列の帯域をそれぞれ制限することにより複素ベースバンド信号を生成するローパスフィルタ手段と、
を含む、請求項1記載の超音波探触子。 The signal processing means is
A preamplifier for amplifying the reception signal output from the adder circuit ;
A low-pass filter for limiting the band of the received signal output from the preamplifier;
An analog / digital converter that converts an analog reception signal output from the low-pass filter into a digital reception signal;
Orthogonal sampling means for generating a first signal sequence and a second signal sequence by subjecting a digital received signal converted by the analog / digital converter to orthogonal sampling processing;
Low-pass filter means for generating a complex baseband signal by limiting the bands of the first and second signal sequences generated by the orthogonal sampling means,
Including ultrasonic probe according to claim 1 Symbol placement.
前記超音波探触子から受信したサンプルデータに対して受信フォーカス処理を施すことにより、超音波の受信方向に沿った音線信号を生成する受信フォーカス処理手段と、
前記受信フォーカス処理手段によって生成された音線信号に基づいて、超音波診断画像を表す画像信号を生成する画像信号生成手段と、
を具備する超音波診断装置。 The ultrasonic probe according to any one of claims 1 to 6 ,
A reception focus processing means for generating a sound ray signal along the reception direction of the ultrasonic wave by performing a reception focus process on the sample data received from the ultrasonic probe;
Image signal generation means for generating an image signal representing an ultrasonic diagnostic image based on the sound ray signal generated by the reception focus processing means;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising:
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