JP5963427B2 - 被検体情報取得装置 - Google Patents
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Description
PWM法を用いる場合、駆動信号のパワーを調節できる段階の数は送信制御クロックと送信周波数により決まる。送信制御クロックが低く送信周波数が高い場合には、パワーの段階数は少なくなる。
を同一の出力制御回路で行い回路の小型化を図る構成には適用できない。さらに回路規模の増大や、高電圧に適用できる高品質な部品の使用によるコスト増大の原因になりかねない。
図1Aにトランスデューサ配列の構成を示す。1は超音波プローブ内に配置された複数のトランスデューサ素子からなるトランスデューサ配列(アレイ)であり、20は超音波送信ビームである。超音波送信ビーム20は、トランスデューサ配列から選択された一部のトランスデューサ素子からなる、送信開口21より送信される。送信開口21に用いるトランスデューサ素子の選択を順次変えていくことで、超音波送信ビーム20を配列方向へ走査できる。具体的には、送信チャネルとトランスデューサチャネルの接続をスイッチングで切り替えることで、超音波送信ビーム20を走査する。
図1Bの符号(i)〜(iv)は、超音波送信ビームのリニア走査に伴う送信チャネル22とトランスデューサチャネル23の接続の変更を模式的に示す図である。送信パルサのパルサ数をM個(Mチャネル)、トランスデューサ配列のトランスデューサ数をN個(Nチャネル)とする。
なお、逆方向に走査する場合は逆順に接続を変えていく。すなわち、トランスデューサ配列のチャネル数が減少する方向に走査する場合、送信開口を構成する最大の番号の側の端のトランスデューサチャネルに接続されている送信チャネルを、最小の番号より1つ少ない番号のトランスデューサチャネルに接続する。
して画質を向上させる技術を提供することにある。
記送信開口位置に応じて、前記組み合わせのいずれを用いるかを選択することを特徴とする被検体情報取得装置である。
本発明でいう超音波とは、一種の弾性波であり、音波、超音波、音響波などと呼ばれる。
各パルサからの出力が各々送信チャネルとなり、全体でM個の送信チャネルを形成する。一方、N個のトランスデューサからなるトランスデューサ配列は、Nチャネルのトランスデューサチャネルを形成する。各送信チャネルは複数のトランスデューサチャネルとスイッチ回路2を介して接続されている。スイッチの接続を順次切り替えることで、図1Bに示したような超音波ビーム(弾性波ビーム)の走査、すなわち送信開口の移動が行われる。スイッチ接続の順次切り替えにおいては、送信開口の一方の端に位置するトランスデューサ素子に接続されていたチャネルが、他方の端に位置するトランスデューサ素子に隣接するトランスデューサ素子に接続し直される。
説明を簡単にするため、図3には、送信開口両端部に相当する各々8つの送信チャネル(横軸)と、それらの送信チャネルで取り得る送信超音波振幅A1〜A8(縦軸)の対応のみを示した。ただし、具体的にチャネル番号を記載していないアポダイゼーション曲線の中央部分にも、両端部と同様に振幅が割り当てられている。
送信開口位置(ii)では、送信チャネル2〜9に送信超音波振幅A1〜A8を対応させる。そして、送信チャネルM−6〜Mに送信超音波振幅A8〜A2を、送信チャネル1に送信超音波振幅A1を対応させる。
同様に送信開口位置(iii)以降でも、各送信チャネルにバレルシフト方式によってずらした送信超音波振幅を対応させて送信を行えばよい。
を印加するか、あるいは駆動電流を流して出力制御を行う。
一方でA2〜A4の送信超音波振幅を得るために、パルサ出力制御値C2でパルス幅をそれぞれQ2〜Q4として与えてもよい。また、A6〜A8の送信超音波振幅を得るために、パルサ出力制御値C3でパルス幅をそれぞれQ6〜Q8としてもよい。このように、異なるパルサ出力制御値に対して同じ送信超音波振幅を与える、二通りのパルス幅の系列を得ることができる。このように、パルサ出力制御値とパルス幅により、超音波の強度を複数の段階から調節できる。
図5に、パルサ出力制御とパルス幅制御を用いてアポダイゼーションを達成するための、パルサ出力制御値とパルス幅設定値の組み合わせの表を示す。ここでは煩雑さを避けるため、図3のアポダイゼーション曲線における送信超音波振幅A1〜A8を得るための組み合わせのみを記載する。
送信チャネル1〜4を構成するパルサブロック(#1)に対し、パルサ出力制御値C1で出力制御を行う。このとき送信チャネル1〜4には、それぞれP1〜P4のパルス幅で送信チャネルの駆動パルスを生成する。
また送信チャネル5〜8を構成するパルサブロック(#2)に対し、パルサ出力制御値C2で出力制御を行う。このとき送信チャネル5〜8には、それぞれP5〜P8のパルス幅で送信チャネルの駆動パルスを生成する。
バレルシフト方式の接続スイッチの切り替えにより、送信チャネル1とトランスデューサチャネル(M+1)が接続され、送信チャネル2〜Mは、トランスデューサチャネル2〜Mに接続されている。
送信チャネル1〜4を構成するパルサブロック(#1)に対し、パルサ出力制御値C1で出力制御を行う。パルサブロック(#1)のうち、送信チャネル2〜4に関しては、バレルシフト方式のシフトに従って、パルス幅P1〜P3で駆動パルスを生成する。これにより、送信開口位置(i)より1チャネル分ずれたトランスデューサチャネル2〜4から振幅A1〜A3の超音波が送信される。
開口位置(i)に比べ、1パルサブロック分、すなわち4送信チャネル分のバレルシフトが行われている。よって、1パルサブロック分ずらしたパルサ出力制御値とパルス幅の組み合わせで駆動パルスを生成すればよい。
一方、4送信チャネル未満のシフトでは、シフトにより隣接するパルサブロックを超える送信チャネルが発生し、そのときパルサ出力制御値が変わる可能性がある。その場合、上で述べたように、同じ送信超音波振幅を与える二通りのパルス幅の系列を用いてパルサ幅の値を設定する。
図7に本発明に基づく超音波装置の構成を示す。1は超音波の送受信を行うトランスデューサ配列を備えたプローブである。2は送信開口および受信開口を構成するために選択されたトランスデューサ素子を、それぞれ送信チャネル、受信チャンネルに接続するためのスイッチ回路であり、送信/受信に用いるトランスデューサ素子の組を切り替える。3
は送受信の切り替えを行う送受信切り替え回路、4はトランスデューサを駆動し超音波送信するための送信手段、5はトランスデューサで受信した超音波エコー信号を処理する受信手段である。6は受信手段からの出力をもとに超音波断層画像を作成する画像処理手段、7は画像処理手段で作成された超音波断層画像を表示する表示手段、8は装置各部の制御を行う制御手段である。
パルサ出力制御回路11は、パルス出力制御信号111をもとに、ブロック内の各パルサ12へ同一の駆動電圧110を印加する。パルサ12はパルス波形タイミング制御信号112をもとに駆動電圧110のオン・オフを行い、パルス状の送信駆動波形100を生成する。
例えば上記の説明ではパルサ12を両極スイッチとしたが、パルサ12内にこれ以外にコンデンサを含み、電流蓄積により高電圧を発生する構成も考えられる。かかる構成の場合には、蓄積電流を制限することで出力駆動パルスのパルス振幅を制御できる。このためパルス出力制御信号111で駆動パルスの振幅制御を行うことができる。この場合パルサ12へ入力する高電圧を制御するため回路が複雑となったり、高電圧に耐える高品質な部品が必要になったりする一方、複数パルサ12に対する入力する駆動電圧110を一つのパルサ出力制御回路11で制御するため構成が簡略化できる。また電流制限を行う場合にも、複数パルサ12に対し同一の電流制限を行えばよいため構成が簡略化できる。
また、パルサ出力制御回路11をパルサブロック10内の各パルサ12の出力側に設け、一括してパルサブロック10内のパルサ出力を行う構成も考えられる。
制御信号111と組み合わせられて、送信アポダイゼーションにおける送信超音波の振幅強度の制御に用いられる(図4を参照)。またパルスのタイミングは、各トランスデューサから超音波が送信されるタイミングの制御に用いられる。このタイミング制御を適切に行うことにより、送信超音波ビームが集束(フォーカシング)する。
送信波形メモリテーブルには、送信開口を構成するトランスデューサへのパルス波形タイミング制御信号112が格納されている。パルス波形タイミング制御信号112は、パルサの正極・負極各々のオン・オフを示すバイナリの信号であり、送信波形のクロックに応じた時系列の信号である。各パルス波形タイミング制御信号112は、送信開口の物理的位置に対応しており、送信フォーカスを行うためのパルス遅延量とアポダイゼーションを行うためのパルス幅とを含む、パルサのオン・オフ信号である。ここには、送信開口上の1つの位置にあるトランスデューサに対して、同じ遅延量を持ち、隣接する(あるいは異なる)パルサ出力制御値111に対して同じ送信超音波振幅を与えるパルス幅を有する、二種類の信号列が格納されている。二種類の信号列は、隣接するパルサ出力制御値111が同じ値のときには同一内容の信号列である。また、隣接するパルサ出力制御値111が異なる値のときには、図4に示すように、パルサ出力制御値との組み合わせによって同じ送信超音波振幅を与えられるような、異なるパルス幅をもつ信号列である。
さらに制御手段8は、トランスデューサ配列上での送信開口位置に応じて、図5に示したようなパルサ出力制御値とパルス幅の対応テーブルを含んでもよい。
制御手段8は送信開口の走査を行うためにスイッチ回路2の切り替えを行い、送信チャネルと選択されたトランスデューサチャネルの接続を確保する。同時に、それぞれの送信開口位置に対応するパルサ出力制御回路11とパルサ12に対して、図5に示したパルサ出力制御値とパルス幅設定値の組み合わせになるように、パルス出力制御信号111とパルス波形タイミング制御信号112を与える。このときパルサ出力制御値とパルス幅の対応テーブルを利用できる。
じて1ステップごとにバレルシフトを行うとともに、二種類の送信波形データのいずれを用いるか選択する。このとき走査ステップ数に対する4の剰余類(mod4)に応じて、以下の4通りのいずれかの制御を行う。
(1)走査ステップ1(mod)以上では第二種類目の送信波形データを、それ以外では第一種類目の送信波形データを用いる。
(2)走査ステップ2(mod)以上では第二種類目の送信波形データを、それ以外では第一種類目の送信波形データを用いる。
(3)走査ステップ3(mod)以上では第二種類目の送信波形データを、それ以外では第一種類目の送信波形データを用いる。
(4)全ての走査ステップで第一種類目のパルス幅の送信波形を用いる。
(1)〜(4)のいずれの制御を行うかは、送信開口上の対応する物理的な位置に応じて決定される。
これらの制御に基づいて送信波形メモリテーブルから選択されたパルス波形タイミング制御信号112のパターンが、送信チャネルのパルサへ入力される。
に実行できる。
表示手段7は、画像処理手段6で処理された超音波断層画像を表示する。これにより送信アポダイゼーションが行われ、サイドローブやグレーティングローブが抑制された高品質な被検体の画像を提示できる。
Claims (6)
- 複数のトランスデューサ素子を含むトランスデューサ配列と、
前記トランスデューサ素子に駆動パルスを送信して、当該駆動パルスのパルス幅およびパルス振幅に応じた強度の弾性波を発生させる複数のパルサと、
前記トランスデューサ配列から、弾性波ビームを形成する送信開口に含まれるトランスデューサ素子を選択して前記複数のパルサの送信チャネルと接続するスイッチと、
前記複数のパルサに対して、所定数のパルサを含むパルサブロックごとに、前記駆動パルスのパルス振幅を決定するパルス出力制御信号を与え、かつ、パルサごとに、前記駆動パルスのパルス幅および送信タイミングを決定するパルス波形タイミング制御信号を与えることにより、前記複数のパルサのそれぞれから、前記送信開口に含まれるトランスデューサ素子に対して、強度およびタイミングが制御された弾性波を発生させるような駆動パルスを送信させて、アポダイゼーションのかかった弾性波ビームを形成する制御手段と、
前記弾性波ビームが被検体内部で反射した反射波に基づいて、被検体情報を取得する処理手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記パルサブロックに与える前記パルス出力制御信号に応じて、当該パルサブロックに含まれるパルサに与えるパルス波形タイミング制御信号を決定するものであり、
前記トランスデューサ素子が発生させる弾性波の強度について、前記トランスデューサ素子に当該強度を持つ弾性波を発生させるような、前記パルサからの前記駆動パルスのパルス幅およびパルス振幅の組み合わせが複数あり、
前記制御手段は、前記パルサの前記送信開口位置に応じて、前記組み合わせのいずれを用いるかを選択する
ことを特徴とする被検体情報取得装置。 - 前記スイッチは、前記複数のトランスデューサ素子と前記送信チャネルとの接続を巡回的に変更することで、前記送信開口を前記トランスデューサ配列上で移動させて前記弾性波ビームを走査する
ことを特徴とする請求項1に記載の被検体情報取得装置。 - 前記制御手段は、前記巡回的なチャネル接続の変更の回数に応じて、前記組み合わせのいずれを用いるかを選択する
ことを特徴とする請求項2に記載の被検体情報取得装置。 - 前記スイッチは、前記送信開口に含まれるトランスデューサ素子が弾性波ビームを形成するたびに、前記送信開口の一方の端に位置するトランスデューサ素子に代えて、前記送信開口の他方の端に位置するトランスデューサ素子に隣接するトランスデューサ素子を新たに選択し、当該新たに選択されたトランスデューサ素子に、前記送信開口の一方の端に位置するトランスデューサ素子に接続されていた送信チャネルを接続し直すことにより、前記送信開口を前記トランスデューサ配列上で移動させて前記弾性波ビームを走査する
ことを特徴とする請求項2または3に記載の被検体情報取得装置。 - 前記トランスデューサ素子が発生させる弾性波の強度は、所定の複数の段階に調節できるものであり、
前記複数の段階の強度それぞれについて、前記トランスデューサ素子に当該強度を持つ弾性波を発生させるような、前記パルサからの前記駆動パルスのパルス幅およびパルス振幅の組み合わせが複数あり、
前記制御手段は、前記パルサの前記送信開口位置に応じて、前記組み合わせのいずれを用いるかを選択する
ことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の被検体情報取得装置。 - 前記送信開口における前記トランスデューサの位置ごとに決定される、アポダイゼーションに応じた弾性波の強度と、当該アポダイゼーションに応じた強度を持つ弾性波を発生させるような、前記駆動パルスのパルス幅およびパルス振幅の組み合わせが格納されたテーブルをさらに有する
ことを特徴とする請求項5に記載の被検体情報取得装置。
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