JPH11221217A - Ultrasonograph - Google Patents

Ultrasonograph

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JPH11221217A
JPH11221217A JP10028190A JP2819098A JPH11221217A JP H11221217 A JPH11221217 A JP H11221217A JP 10028190 A JP10028190 A JP 10028190A JP 2819098 A JP2819098 A JP 2819098A JP H11221217 A JPH11221217 A JP H11221217A
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ultrasonic
reception
transmitting
diagnostic apparatus
ultrasonic diagnostic
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Kinya Takamizawa
欣也 高見沢
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve real-time performance of an ultrasonograph by forming an ultrasonic diagnostic image from received signals obtained by setting a receiving directivity almost same as that of the transmitted ultrasonic beam in a period the reflected wave reaches the ultrasonic vibrator. SOLUTION: The state in which an ultrasonic beam is transmitted/received between costae and the mitral valve on the border between the atrium sinistrum and the ventriculus sinister is observed is shown by (a) in the Fig.1. In order to obtain the images of a mitral valve and its periphery out of 4 regions from the region a to the region d in the depth direction, ultrasonic signals from a region c can be obtained (b). For transmission/reception direction of the ultrasonic wave, when the image angle is set θx deg., the ultrasonic wave is transmitted in the direction of angle -θx/2 in the first scanning and -θx/4 next. After transmission/reception is carried out toward directions of 0 deg. and +θx/4, the transmission/reception direction is further controlled in -θx/2+Δθ, -θx/4+Δθ, Δθin that order. However, Δθ is the minimum pitch in scanning.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、被検体に超音波を
送信し、その反射波を受波して超音波診断画像を得る、
いわゆる超音波診断装置に関するものであり、特に、単
位時間内の走査回数を増加させることによってリアルタ
イム性と血流検出能の大幅な向上を図った超音波診断装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to transmitting an ultrasonic wave to a subject, receiving a reflected wave thereof, and obtaining an ultrasonic diagnostic image.
The present invention relates to a so-called ultrasonic diagnostic apparatus, and more particularly, to an ultrasonic diagnostic apparatus that achieves a substantial improvement in real-time performance and blood flow detection ability by increasing the number of scans per unit time.

【0002】[0002]

【従来の技術】超音波パルスを被検体内に放射し、各組
織からの反射波により生体情報を得る超音波診断法は超
音波断層法と超音波ドップラ法の2つの技術開発により
近年急速な進歩を遂げた。今日最も普及している電子走
査型の超音波診断装置は、配列型の超音波トランスデュ
ーサを用い、これを電子的に高速制御し走査することに
よってリアルタイム表示が可能である。
2. Description of the Related Art Ultrasound diagnostic methods for emitting ultrasonic pulses into a subject and obtaining biological information from reflected waves from various tissues have recently become rapid due to the development of two technologies, ultrasonic tomography and ultrasonic Doppler. Made progress. The most widely used electronic scanning type ultrasonic diagnostic apparatus today uses an array type ultrasonic transducer, and electronically controls and scans the ultrasonic transducer at high speed to perform real-time display.

【0003】図2は従来例に係るセクタ電子走査型の超
音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。超音
波プローブにおいて配列される振動子4の素子数をMと
する。超音波を生体内(あるいは媒質内)に向けて送信
する場合には、まず送信レート信号発生器1によって超
音波パルスの繰返し周期を決定するレートパルスが出力
される。このパルスはMチャンネルから構成される送信
遅延回路2に送られ、送信時の超音波ビームの集束距離
(F0)を決定する遅延時間τfと所定方向(θ0)に
超音波ビームを偏向させるための遅延時間τsが与えら
れたのち、Mチャンネルの振動子駆動回路(パルサ)3
に供給される。そして、m番目の遅延回路において設定
される遅延時間τ(m)はτf(m)+τs(m)であ
って、τfおよびτsは次式(1)に示すように設定さ
れる。
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a sector electronic scanning type ultrasonic diagnostic apparatus according to a conventional example. Let M be the number of elements of the transducers 4 arranged in the ultrasonic probe. When transmitting an ultrasonic wave to a living body (or a medium), a transmission rate signal generator 1 first outputs a rate pulse for determining a repetition period of the ultrasonic pulse. This pulse is sent to a transmission delay circuit 2 composed of M channels, and is used to deflect the ultrasonic beam in a predetermined direction (θ0) with a delay time τf for determining the convergence distance (F0) of the ultrasonic beam during transmission. After the delay time τs is given, the M-channel oscillator driving circuit (pulsar) 3
Supplied to The delay time τ (m) set in the m-th delay circuit is τf (m) + τs (m), and τf and τs are set as shown in the following equation (1).

【0004】 τf(m)=d{(M−1)−(2m−M−1)}/8VF0 τs(m)=(m−1)dsin θ0/V …(1) ただし、dは振動子配列間隔、Vは生体内音速、F0は
焦点距離、θ0は偏向角である。
Τf (m) = d 2 {(M−1) 2 − (2m−M−1) 2 } / 8 VF0 τs (m) = (m−1) dsin θ0 / V (1) where d Is a transducer array interval, V is a sound speed in a living body, F0 is a focal length, and θ0 is a deflection angle.

【0005】このパルサ3では、超音波振動子4を駆動
して超音波を発生させるための駆動パルスが形成され
る。なお駆動パルスのタイミングは送信遅延回路2の出
力に応じて決定される。この駆動回路3の出力は超音波
振動子4に供給され、これにより同振動子4は駆動され
て超音波を発生する。
In the pulsar 3, a driving pulse for driving the ultrasonic vibrator 4 to generate ultrasonic waves is formed. The timing of the drive pulse is determined according to the output of the transmission delay circuit 2. The output of the drive circuit 3 is supplied to an ultrasonic vibrator 4, whereby the vibrator 4 is driven to generate ultrasonic waves.

【0006】超音波振動子4から生体内に放射された超
音波の一部は、臓器の境界面あるいは生体組織の音響散
乱体にて反射される。この反射波は再び超音波振動子4
によって受信され、電気信号に変換される。この受信信
号はプリアンプ5を介した後、送信時と同様に、受信時
の超音波ビームの集束距離を決定する遅延時間、および
超音波ビームの偏向角度(受信指向性)を決定する遅延
時間を与えるMチャンネルの受信遅延回路6を経て加算
器7に送られる。Mチャンネルの受信遅延回路6からの
出力信号は加算器7にて加算合成され、対数増幅器8、
包絡線検波回路9にて対数圧縮、検波され、A/D変換
された後に画像メモリ11に一旦ストアされる。さら
に、ストアされた信号はテレビフォーマットに変換さ
れ、テレビモニタ13にて超音波断層像として表示され
る。
[0006] A part of the ultrasonic wave radiated into the living body from the ultrasonic transducer 4 is reflected by the boundary surface of the organ or the acoustic scatterer of the living tissue. This reflected wave is again transmitted to the ultrasonic vibrator 4
And converted into an electrical signal. After the reception signal passes through the preamplifier 5, similarly to the transmission, the delay time for determining the convergence distance of the ultrasonic beam at the time of reception and the delay time for determining the deflection angle (reception directivity) of the ultrasonic beam are determined. The signal is sent to the adder 7 through the receiving delay circuit 6 of the given M channel. Output signals from the M-channel reception delay circuit 6 are added and synthesized by an adder 7, and a logarithmic amplifier 8,
After being logarithmically compressed and detected by the envelope detection circuit 9, A / D converted, and temporarily stored in the image memory 11. Further, the stored signal is converted into a television format and displayed on the television monitor 13 as an ultrasonic tomographic image.

【0007】また、加算器7からの他の出力は2つの直
交位相検波回路に送られる。すなわち、先ずはミキサ1
4−1,14−2に送られる。一方、基準信号発生器2
0からは所定の周波数(一般には超音波周波数foにほ
ぼ等しい周波数が用いられる)をもった連続波が出力さ
れ、π/2移送器15にてその位相が90度シフトされ
てミキサ14−1に入力される。また、ミキサ14−2
には基準信号発生器20の出力が直接入力される。この
ミキサ14−1,14−2の出力はローパスフィルタ1
6−1,16−2にて和の周波数成分が除去され、差の
周波数成分のみが抽出される。この差の周波数をもった
信号はA/D変換器17−1,17−2にてディジタル
信号に変換された後、一旦メモリ(不図示)にストアさ
れる。
The other output from the adder 7 is sent to two quadrature phase detection circuits. That is, first, the mixer 1
4-1 and 14-2. On the other hand, the reference signal generator 2
From 0, a continuous wave having a predetermined frequency (generally, a frequency substantially equal to the ultrasonic frequency fo is used) is output, and the phase thereof is shifted by 90 degrees by the π / 2 transfer unit 15, and the mixer 14-1 Is input to Also, the mixer 14-2
, The output of the reference signal generator 20 is directly input. The outputs of the mixers 14-1 and 14-2 are the low-pass filter 1
At 6-1 and 16-2, the sum frequency component is removed, and only the difference frequency component is extracted. A signal having the frequency of the difference is converted into a digital signal by A / D converters 17-1 and 17-2, and then temporarily stored in a memory (not shown).

【0008】ドップラ信号を算出するためには同一部位
を連続的に走査し、そのときの複数(N)の信号を用い
る必要がある。この場合の複数回の走査によって得られ
た信号はメモリにて一旦記憶され、所定数のデータが収
集された時点において、同一部位で経時的に変化する1
連の信号が抽出されると共に、MTIフィルタ22−
1,22−2によって不要信号が除去される。さらにそ
の出力はFFT回路18にてドップラ信号の周波数分析
に供される。
In order to calculate a Doppler signal, it is necessary to continuously scan the same part and use a plurality of (N) signals at that time. In this case, a signal obtained by a plurality of scans is temporarily stored in a memory, and when a predetermined number of data is collected, the signal changes with time in the same portion.
A series of signals are extracted, and the MTI filter 22-
Unnecessary signals are removed by 1,2-2-2. Further, the output is supplied to the FFT circuit 18 for frequency analysis of the Doppler signal.

【0009】超音波血流イメージング法において表示さ
れる物理量は、スペクトルの中心(すなわち流速度の平
均値)とスペクトルの分散値(すなわち流速の乱れの状
態)およびパワー値(すなわちドップラ信号強度)であ
る。これらの計算は演算器19によって行われる。演算
器19によって算出された値は画像メモリ11にて一旦
記憶され、テレビモニタ13において表示される。この
演算器19の出力は断層像上にカラーによって表示され
る場合が一般的である。
The physical quantities displayed in the ultrasonic blood flow imaging method are the center of the spectrum (ie, the average value of the flow velocity), the variance of the spectrum (ie, the state of disturbance of the flow velocity), and the power value (ie, the Doppler signal intensity). is there. These calculations are performed by the calculator 19. The values calculated by the calculator 19 are temporarily stored in the image memory 11 and displayed on the television monitor 13. The output of the arithmetic unit 19 is generally displayed in color on a tomographic image.

【0010】ところで、直交位相検波回路を構成するミ
キサ14に入力された受信信号は、まず超音波の中心周
波数とほぼ等しい周波数(fo)をもち、しかも互いに
位相が90度異なる2つの基準信号と乗算されるが、こ
の乗算によって、ドップラ周波数(fd)成分の他にf
d+2foの周波数成分が得られ、後者の成分は低域通
過(ローパス)フィルタ16によって除去される。ドッ
プラ信号(fd)は一旦、A/D変換器17によってデ
ィジタル信号に変換された後、図示しないメモリにて記
憶される。同一方向に複数回走査して得られた受信信号
は同様にしてメモリにて一旦記憶された後、同一部位で
経時的に変化する1連の信号として抽出され、MTIフ
ィルタ22によって血球からの反射波(ドップラ信号)
と不要信号である血管壁や臓器などの固定反射体からの
信号(クラッタ信号)とが分離される。
The received signal input to the mixer 14 constituting the quadrature phase detection circuit first has a frequency (fo) substantially equal to the center frequency of the ultrasonic wave and two reference signals having phases different from each other by 90 degrees. The multiplication is performed by the multiplication. In addition to the Doppler frequency (fd) component, f
A frequency component of d + 2fo is obtained, the latter component being removed by a low-pass (low-pass) filter 16. The Doppler signal (fd) is once converted into a digital signal by the A / D converter 17 and then stored in a memory (not shown). Received signals obtained by scanning a plurality of times in the same direction are once stored in a memory in the same manner, then extracted as a series of signals that change with time at the same site, and reflected from blood cells by the MTI filter 22. Wave (Doppler signal)
And unnecessary signals (clutter signals) from fixed reflectors such as blood vessel walls and organs.

【0011】ドップラ信号とクラッタ信号はパルス繰返
し周波数(fr)の間隔をもつ線スペクトルであり、こ
のMTIフィルタはfrの整数倍の位置にあるクラッタ
信号を除去する「くし型」フィルタである。MTI(Mo
ving Target Indicator )フィルタは、レーダー分野に
おいて、例えば航空機のように動いているもののみを抽
出して表示する場合に使用されてきたフィルタ技術であ
る。このようにして所定の深さにおけるN個の複素信号
を抽出してMTIフィルタやFFT回路18に入力し、
クラッタ信号の除去及びスペクトル演算が行われる。こ
のような演算処理は2次元的に行われ、その結果はDS
C(ディジタル・スキャン・コンバータ)にて断層像信
号と合成されて、さらにテレビフォーマット出力に変換
された後カラーモニタ上に表示される。
The Doppler signal and the clutter signal are line spectra having an interval of a pulse repetition frequency (fr), and the MTI filter is a "comb-type" filter for removing a clutter signal located at an integer multiple of fr. MTI (Mo
The ving Target Indicator) filter is a filter technique that has been used in the radar field to extract and display only moving objects such as aircraft. In this way, N complex signals at a predetermined depth are extracted and input to the MTI filter and the FFT circuit 18,
The clutter signal is removed and the spectrum is calculated. Such arithmetic processing is performed two-dimensionally, and the result is DS
The signal is synthesized with a tomographic image signal by a C (digital scan converter), converted into a television format output, and displayed on a color monitor.

【0012】次に、従来の超音波プローブについて述べ
る。図3は振動子を1次元に配列した場合のリニアアレ
イ超音波プローブの構造を示す斜視断面図である。この
プローブでは走査方向に沿って複数個の振動子が1次元
的に配列されて成る。同図に示すように、各々の振動子
30には超音波を送受信する媒質(生体)側とその反対
側とに電極31が装着され、また生体側の電極31上に
は音響整合層(インピーダンスマッチング層)32が設
けられている。
Next, a conventional ultrasonic probe will be described. FIG. 3 is a perspective sectional view showing the structure of a linear array ultrasonic probe when the transducers are arranged one-dimensionally. In this probe, a plurality of transducers are one-dimensionally arranged along the scanning direction. As shown in the figure, electrodes 31 are attached to the medium (living body) for transmitting and receiving ultrasonic waves and the opposite side to each transducer 30, and an acoustic matching layer (impedance) is provided on the electrode 31 on the living body side. A matching layer 32 is provided.

【0013】整合層32は生体と振動子30との音響的
インピーダンス(密度と音速の積)の差を調整し、波数
の少ない超音波パルスを生体内に入射させるためのもの
である。さらに、整合層32上にはシリコンゴムなどに
より構成される音響レンズ34が張り合わされている。
この音響レンズ34は超音波ビームを所定の距離におい
て集束させ、走査方向に直交するスライス方向のビーム
幅を狭めるためのものである。これら振動子30や整合
層32あるいは音響レンズ34等は支持台(バッキング
材)35上に固定される。
The matching layer 32 adjusts the difference in acoustic impedance (product of density and sound speed) between the living body and the vibrator 30, and allows an ultrasonic pulse having a small wave number to be incident into the living body. Further, an acoustic lens 34 made of silicon rubber or the like is attached on the matching layer 32.
The acoustic lens 34 focuses the ultrasonic beam at a predetermined distance and narrows the beam width in the slice direction orthogonal to the scanning direction. The vibrator 30, the matching layer 32, the acoustic lens 34 and the like are fixed on a support (backing material) 35.

【0014】このように振動子が1次元的に配列された
プローブでは電子的、すなわち遅延時間の制御によって
超音波ビームを集束させ、振動子配列方向(走査方向)
のビーム幅を細くすることができる。なお、スライス方
向については音響レンズを用いたビーム集束法が採用さ
れている。この場合、音響レンズの曲率半径は固定であ
るため集束点も1点に固定される。
In the probe in which the transducers are arranged one-dimensionally, the ultrasonic beam is focused electronically, that is, by controlling the delay time, and the transducer is arranged in the transducer arrangement direction (scanning direction).
Beam width can be reduced. In the slice direction, a beam focusing method using an acoustic lens is adopted. In this case, since the radius of curvature of the acoustic lens is fixed, the focal point is also fixed at one point.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】ところで、フィルタ処
理前の受信信号スペクトルには、図4に示すようにfd
±nfr(nは整数)に生ずるドップラ信号の他に、±
nfrにクラッタ信号成分が現れる。クラッタ信号とは
血球からの反射波に混入した血管壁や血管周辺の臓器か
らの信号(特にサイドローブ等によるアーチファクト成
分となる場合が多い)のことであり、その信号強度は一
般にドップラ信号に対して40dB程度大きい。したが
って、このクラッタ信号を十分除去するためのフィルタ
リング技術が特に重要である。具体的には、フィルタの
周波数分解能を向上する必要があり、そのためにはデー
タ数すなわち同一部位の走査回数(N)を増やす必要が
ある。
By the way, the received signal spectrum before the filtering process has fd as shown in FIG.
In addition to the Doppler signal occurring at ± nfr (n is an integer), ±
A clutter signal component appears in nfr. The clutter signal is a signal from a blood vessel wall or an organ around the blood vessel (especially often an artifact component due to sidelobes or the like) mixed in a reflected wave from a blood cell, and its signal intensity is generally higher than that of a Doppler signal. About 40 dB larger. Therefore, a filtering technique for sufficiently removing this clutter signal is particularly important. Specifically, it is necessary to improve the frequency resolution of the filter, and for that purpose, it is necessary to increase the number of data, that is, the number of scans (N) of the same part.

【0016】しかしながら、データ数を増やすことと、
画像のフレーム数を上げることはトレードオフの関係に
ある。このため、特に心臓のような動きの早い臓器にお
いて、冠状動脈のようにクラッタ速度とあまり差のない
低流速の血流を観測することは従来の超音波診断装置に
おいては不可能であった。
However, increasing the number of data
Increasing the number of frames in an image is in a trade-off relationship. For this reason, it has not been possible with a conventional ultrasonic diagnostic apparatus to observe a low-flow-rate blood flow, such as a coronary artery, having a very low difference in clutter speed, especially in a fast-moving organ such as the heart.

【0017】また最近では、1次元アレイを機械的に移
動させたり、2次元アレイを用いるなどして3次元的な
走査を行ない、このような走査に基づく3次元画像を作
成して表示する試みがなされている。
Recently, attempts have been made to mechanically move a one-dimensional array or to perform a three-dimensional scan by using a two-dimensional array to create and display a three-dimensional image based on such scanning. Has been made.

【0018】ここで、前者すなわち1次元アレイを機械
的に移動させて3次元的な走査を行なう従来の超音波診
断装置にあっては、装置の構成を比較的簡単にできると
いう反面、画像を得るまでに長時間を要し、また操作性
が悪いうという欠点があった。一方、後者すなわち2次
元アレイを用いて3次元的な走査を行なう従来の超音波
診断装置にあっては、プローブを従来のものと同程度に
小さく構成できる上、操作性に優れるという利点がある
が、装置およびプローブ内部の構成が複雑となり実用的
ではないという欠点があった。さらに、リアルタイムで
3次元画像を得ようとすれば、大規模な並列同時受信回
路が必要となり、回路規模が増大すると共に装置が極め
て高価となるという欠点があった。
Here, the former, that is, the conventional ultrasonic diagnostic apparatus which performs three-dimensional scanning by mechanically moving the one-dimensional array, can relatively easily make the structure of the apparatus. It takes a long time to obtain, and the operability is poor. On the other hand, the latter, that is, the conventional ultrasonic diagnostic apparatus that performs three-dimensional scanning using a two-dimensional array has the advantages that the probe can be configured as small as the conventional one and that the probe is excellent in operability. However, there is a drawback that the configuration inside the device and the probe is complicated and impractical. Furthermore, if a three-dimensional image is to be obtained in real time, a large-scale parallel simultaneous receiving circuit is required, and the circuit size increases and the apparatus becomes extremely expensive.

【0019】本発明は上述した事情を考慮してなされた
ものであり、その目的は回路規模を増大させることな
く、また操作性を低下させることもなく、リアルタイム
性の向上を図った超音波診断装置を提供することであ
る。また、本発明の他の目的はプローブの発熱低減を図
った超音波診断装置を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to improve the real-time ultrasonic diagnosis without increasing the circuit scale and without reducing the operability. It is to provide a device. It is another object of the present invention to provide an ultrasonic diagnostic apparatus that reduces heat generation of a probe.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために本発明の超音波診断装置は次のように構
成されている。
In order to solve the above problems and achieve the object, an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention is configured as follows.

【0021】(1)本発明の超音波診断装置は、配列さ
れた複数個の超音波振動子から構成され、超音波ビーム
の送信及びその反射波の受信を行うための超音波プロー
ブと、所定の方向間隔で順次に方向を変えながら超音波
ビームを送信する送信手段と、特定の深さ領域からの反
射波が前記超音波振動子に到達する期間においてのみ、
当該反射波の元となる送信超音波ビームとほぼ同一の方
向に受信指向性を設定して受信信号を得る受信手段と、
前記受信手段から得られた受信信号を信号処理して超音
波診断画像を生成する生成手段と、前記超音波診断画像
を表示する表示手段とを具備する。
(1) An ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention comprises an array of a plurality of ultrasonic transducers, and transmits an ultrasonic beam and receives a reflected wave thereof. Transmitting means for transmitting the ultrasonic beam while sequentially changing the direction at the direction interval, only during the period when the reflected wave from the specific depth region reaches the ultrasonic transducer,
A receiving unit that sets a reception directivity in substantially the same direction as the transmission ultrasonic beam that is the source of the reflected wave to obtain a reception signal,
The apparatus includes a generation unit that performs signal processing on a reception signal obtained from the reception unit to generate an ultrasonic diagnostic image, and a display unit that displays the ultrasonic diagnostic image.

【0022】かかる構成によると、特定の深さ領域から
の反射波が前記超音波振動子に到達する期間においての
み、当該反射波の元となる送信超音波ビームとほぼ同一
の方向に受信指向性を設定して受信信号を得るようにし
ているので、単位時間当たりの走査回数を大幅に増加さ
せることができる。したがって、カラードップラ法や3
次元表示法に求められてきたリアルタイム性と操作性の
いずれをも満足し、しかも比較的低価格な装置を実現で
きる。
According to this configuration, only during the period when the reflected wave from the specific depth region reaches the ultrasonic vibrator, the reception directivity is substantially the same as the direction of the transmitted ultrasonic beam that is the source of the reflected wave. Is set to obtain a reception signal, so that the number of scans per unit time can be greatly increased. Therefore, the color Doppler method and 3
A device that satisfies both the real-time property and the operability required for the three-dimensional display method and that is relatively inexpensive can be realized.

【0023】(2)本発明の超音波診断装置は、配列さ
れた複数個の超音波振動子から構成され、超音波ビーム
の送信及びその反射波の受信を行うための超音波プロー
ブと、所定の方向間隔で順次に方向を変えながら、少な
くとも2方向への超音波ビームをほぼ同時に送信する送
信手段と、前記超音波振動子により受波された前記超音
波ビームの反射波に基づく受信信号を得る受信手段と、
前記受信手段から得られた受信信号を信号処理して超音
波診断画像を生成する生成手段と、前記超音波診断画像
を表示する表示手段とを具備する。
(2) An ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention is composed of a plurality of ultrasonic transducers arranged, and transmits an ultrasonic beam and receives a reflected wave thereof. Transmitting means for transmitting ultrasonic beams in at least two directions at substantially the same time while sequentially changing directions at the direction intervals of: and a reception signal based on a reflected wave of the ultrasonic beam received by the ultrasonic transducer. Receiving means to obtain;
The apparatus includes a generation unit that performs signal processing on a reception signal obtained from the reception unit to generate an ultrasonic diagnostic image, and a display unit that displays the ultrasonic diagnostic image.

【0024】かかる構成によると、送信超音波ビームの
隣接走査間における送受信感度及び分解能を良好なもの
とすることができる。
According to this configuration, the transmission / reception sensitivity and the resolution between adjacent scans of the transmission ultrasonic beam can be improved.

【0025】(3)本発明の超音波診断装置は、配列さ
れた複数個の超音波振動子から構成され、超音波ビーム
の送信及びその反射波の受信を行うための超音波プロー
ブと、所定の方向間隔で順次に方向を変えながら超音波
ビームを送信する送信手段と、前記超音波振動子により
受波された前記超音波ビームの反射波に基づく受信信号
を得る受信手段と、前記受信手段から得られた受信信号
を信号処理して超音波診断画像を生成する生成手段と、
前記超音波診断画像を表示する表示手段とを具備する超
音波診断装置において、前記超音波振動子を駆動するレ
ートパルスの立ち上がり時点からの一定期間を除く特定
の期間において前記反射波が継続的に得られているか否
かを判定する判定手段と、前記判定手段の判定結果に基
づいて前記超音波振動子の駆動電圧を制御する電圧制御
手段とを具備する。
(3) An ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention is composed of a plurality of ultrasonic transducers arranged, and transmits an ultrasonic beam and receives an ultrasonic wave reflected therefrom. Transmitting means for transmitting an ultrasonic beam while sequentially changing the direction at a direction interval of: a receiving means for obtaining a reception signal based on a reflected wave of the ultrasonic beam received by the ultrasonic transducer; and the receiving means Generating means for processing the received signal obtained from the above to generate an ultrasonic diagnostic image,
In the ultrasonic diagnostic apparatus including a display unit that displays the ultrasonic diagnostic image, the reflected wave is continuously generated in a specific period except for a certain period from the rising point of the rate pulse that drives the ultrasonic vibrator. A determination unit that determines whether the ultrasonic transducer is obtained; and a voltage control unit that controls a drive voltage of the ultrasonic transducer based on a determination result of the determination unit.

【0026】かかる構成によれば、プローブが空中負荷
時又は未使用時の状態にあることを上記判定手段により
判定することができ、この場合は、電圧制御手段により
上記プローブが発生する送信パワーを低減させることが
できる。
According to such a configuration, it can be determined by the above-mentioned determining means that the probe is in the state of air load or unused, and in this case, the transmission power generated by the probe is determined by the voltage control means. Can be reduced.

【0027】(4)本発明の超音波診断装置は、2次元
に配列された複数個の超音波振動子から構成され、超音
波ビームの送信及びその反射波の受信を行うための超音
波プローブと、所定の方向間隔で順次に方向を変えなが
ら超音波ビームを送信する送信手段と、前記超音波振動
子により受波された前記超音波ビームの反射波に基づく
受信信号を得る受信手段と、前記受信手段から得られた
受信信号を信号処理して超音波診断画像を生成する生成
手段と、前記超音波診断画像を表示する表示手段とを具
備する超音波診断装置において、前記送信手段は、少な
くとも複数の方向に対する超音波ビームをほぼ同時に送
信し、前記受信手段は、前記送信手段によりほぼ同時に
送信された複数の方向に対する超音波ビームの反射波
を、これら超音波ビームと指向性を同一に設定してほぼ
同時に受信するとともに、特定の深さの3次元領域から
の反射波に基づく受信信号のみを得ることを特徴とす
る。
(4) An ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention is composed of a plurality of ultrasonic transducers arranged two-dimensionally, and transmits an ultrasonic beam and receives a reflected wave thereof. Transmitting means for transmitting an ultrasonic beam while sequentially changing the direction at predetermined direction intervals, and receiving means for obtaining a reception signal based on a reflected wave of the ultrasonic beam received by the ultrasonic transducer, In an ultrasonic diagnostic apparatus including: a generating unit that performs signal processing on a received signal obtained from the receiving unit to generate an ultrasonic diagnostic image, and a display unit that displays the ultrasonic diagnostic image, the transmitting unit includes: Ultrasonic beams in at least a plurality of directions are transmitted at substantially the same time, and the receiving means transmits the reflected waves of the ultrasonic beams in a plurality of directions transmitted at substantially the same time by the transmitting means to these ultrasonic beams. Which receives beam with directivity substantially simultaneously we need to set the same, characterized in that to obtain only reception signals based on the reflected wave from the 3-dimensional region of a specific depth.

【0028】かかる構成によれば、従来不可能とされて
いたリアルタイム3次元走査を回路規模を複雑化するこ
となく実現できる。したがって、先天性の心疾患の診断
において心臓の形状や機能(運動状態)がリアルタイム
で観測できるばかりでなく、腹部等における臓器やある
いはドップラ信号に基づく血管の3次元画像についても
容易に得ることが可能となる。
According to such a configuration, real-time three-dimensional scanning, which has been impossible in the past, can be realized without complicating the circuit scale. Therefore, in the diagnosis of congenital heart disease, not only the shape and function (exercise state) of the heart can be observed in real time, but also a three-dimensional image of an organ in the abdomen or the like or a blood vessel based on a Doppler signal can be easily obtained. It becomes possible.

【0029】また、従来では不可能であった心臓の冠状
動脈のカラードップラ表示あるいはパワードップラ表示
においても本発明によりフレーム数を犠牲にせずに低流
速検出能を向上させることができるため、その診断能を
飛躍的に向上できる。
Also, in the color Doppler display or the power Doppler display of the coronary artery of the heart, which was not possible in the prior art, the present invention can improve the low flow velocity detection capability without sacrificing the number of frames, so that the diagnosis is performed. The ability can be dramatically improved.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態を説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0031】(第1実施形態)本実施形態はリアルタイ
ムで3次元画像を表示する超音波診断装置に関するもの
である。
(First Embodiment) This embodiment relates to an ultrasonic diagnostic apparatus for displaying a three-dimensional image in real time.

【0032】近年、3次元画像は2次元画像(例えば断
層像)よりも臓器全体の構造を把握し易く、また異常部
位を見逃す頻度も低く、診断能に優れていることが基礎
的な研究から明らかになりつつある。3次元画像を表示
するためには少なくとも超音波分解能(ビーム幅)の1
/2以下の走査ピッチで3次元空間を走査しなくてはな
らない。しかし、従来から知られているパルス反射法は
最深部からの超音波が受信された後に次の送信パルスを
放射するものとなっており、いかに電子走査法が高速で
あるとは言っても走査数の多い3次元走査では1枚の画
像を構成するために要する時間が音速、走査数および観
察深度によって制約される。このため3次元画像のリア
ルタイム表示は不可能であった。
In recent years, basic research has shown that a three-dimensional image is easier to grasp the structure of an entire organ than a two-dimensional image (for example, a tomographic image), has a low frequency of overlooking an abnormal site, and has excellent diagnostic performance. It is becoming clear. In order to display a three-dimensional image, at least one of the ultrasonic resolution (beam width) is required.
The three-dimensional space must be scanned at a scanning pitch of / 2 or less. However, the conventionally known pulse reflection method emits the next transmission pulse after the ultrasonic wave from the deepest part is received. In many three-dimensional scans, the time required to construct one image is limited by the speed of sound, the number of scans, and the observation depth. Therefore, real-time display of a three-dimensional image was impossible.

【0033】このような問題を解決するため、電子走査
型の超音波診断装置による並列同時受信法が開発され
た。この並列同時受信法は図5に示すように送信超音波
ビームを拡散させて送信し、受信時においては並列に設
けられた複数系統の遅延回路(同図では受信遅延回路
A,Bの2系統)によって受信指向性を決定することに
より、複数方向の送受信を同時に行うものであり、この
ような並列同時受信法によればフレーム数を改善でき
る。とくに最近では受信遅延回路のデジタル化によっ
て、タイムシェアリング技術による整相加算法を用いる
ことができ、ハードウェアを増やすことなく4方向の並
列同時受信を行うことが可能となった。
In order to solve such a problem, a parallel simultaneous receiving method using an electronic scanning type ultrasonic diagnostic apparatus has been developed. In the parallel simultaneous reception method, as shown in FIG. 5, a transmission ultrasonic beam is diffused and transmitted, and at the time of reception, a plurality of delay circuits provided in parallel (two reception delay circuits A and B in FIG. ), Transmission and reception in a plurality of directions are performed simultaneously, and the number of frames can be improved according to such a parallel simultaneous reception method. In particular, recently, with the digitization of the reception delay circuit, a delay-and-sum method based on a time sharing technique can be used, and parallel simultaneous reception in four directions can be performed without increasing hardware.

【0034】しかしながら、心臓などの診断で要求され
る毎秒30フレーム以上の3次元動画像表示を実現する
ためには、更に4〜8倍のフレーム数の改善が必要とな
る。
However, in order to display a three-dimensional moving image of 30 frames per second or more required for diagnosis of the heart or the like, it is necessary to further improve the number of frames by 4 to 8 times.

【0035】本発明は第1のポイントは、体内の所定の
部位(より具体的には「深さ」)を限定して画像を得る
場合に、そのフレーム数を大幅に改善可能とするような
走査(ここでは、仮に「ゲート交互走査法」と称する)
を実現した点にある。
The first point of the present invention is that, when an image is obtained by limiting a predetermined part (more specifically, "depth") in the body, the number of frames can be greatly improved. Scanning (here, temporarily referred to as "gate alternate scanning method")
It is the point which realized.

【0036】かかるゲート交互走査法は、2次元画像の
カラー(パワー)ドップラ断層像表示において有効であ
るが、特にゲート交互走査法は3次元走査のように一枚
の画像を得るために多くの走査を必要とする場合に有効
である。ただし、ここでは説明を容易にするため、ゲー
ト交互走査法をセクタ電子走査型の装置による2次元画
像の撮影に適用した場合について説明する。
The gate alternate scanning method is effective in displaying a color (power) Doppler tomographic image of a two-dimensional image. In particular, the gate alternate scanning method requires a large number of images to obtain a single image like three-dimensional scanning. This is effective when scanning is required. However, here, for ease of explanation, a case will be described in which the gate alternating scanning method is applied to capturing of a two-dimensional image by a sector electronic scanning type device.

【0037】先ずは、図1に示した心臓の僧坊弁あるい
はその周辺部の形状や運動機能を診断する場合を例にと
って、ゲート交互走査法の原理を説明する。
First, the principle of the gate alternate scanning method will be described by taking as an example the case of diagnosing the shape and motor function of the mitral valve of the heart or its peripheral portion shown in FIG.

【0038】図1(a)は肋骨の間において超音波ビー
ムを送受信し、左心房と左心室の境界にある僧坊弁およ
びその周辺の画像を観察する様子を模式的に示してい
る。ここで、図1(b)に示すように深さ方向に沿って
領域aから領域dまでの4つの領域を考えた場合、僧坊
弁およびその周辺の画像を得るためには、領域cからの
超音波信号が得られれば良い。なお、領域の数あるいは
領域の境界位置や画像化する間隔は任意であり、検者
(医師)などが仮設定を行って得られた画像を観察しな
がら再設定してもよいし、最初は従来の断層像で全体像
を大まかに観察したのち、その画像から最適な設定をす
ることも可能である。ただし、ここでは説明を簡単にす
るため各領域は等間隔とする。
FIG. 1A schematically shows a state in which an ultrasonic beam is transmitted and received between the ribs and an image of the mitral valve at the boundary between the left atrium and the left ventricle and an image around the mitral valve are observed. Here, as shown in FIG. 1B, when considering four regions from the region a to the region d along the depth direction, in order to obtain an image of the mitral valve and its surroundings, the region It is sufficient that an ultrasonic signal can be obtained. Note that the number of regions, the boundary positions of the regions, and the intervals at which the images are formed are arbitrary, and the examiner (doctor) or the like may perform the temporary setting while observing the image obtained by the provisional setting. After roughly observing the whole image with a conventional tomographic image, it is also possible to make optimal settings from the image. Here, for simplicity of explanation, the respective regions are set at equal intervals.

【0039】ゲート交互走査法における送信パルスの間
隔は次のように設定する。すなわち、例えば図1(b)
においてプローブ先端から領域cの前端までの距離をS
1、後端までの距離をS2、ΔS=S2−S1、また生
体内の音速をVとすれば、ΔSの間の反射信号を受信す
るためには、後述する条件の下では送信パルス間隔Δt
を少なくとも2ΔS/V以上とすればよい。
The interval between transmission pulses in the gate alternate scanning method is set as follows. That is, for example, FIG.
In S, the distance from the probe tip to the front end of the area c is S
1. Assuming that the distance to the rear end is S2, ΔS = S2−S1, and the sound velocity in the living body is V, in order to receive the reflected signal during ΔS, the transmission pulse interval Δt is required under the conditions described later.
Should be at least 2ΔS / V or more.

【0040】次に、超音波の送受信方向について説明す
る。ここで画像角度をθx度とした場合、この範囲をた
とえば4分割し、最初の走査では角度−θx/2の方向
(方向1)に超音波を送受信し、次の約Δt秒後には−
θx/4方向(方向2)に対して送受信を行う。さらに
2Δt秒後、そして3Δt秒後には、0度(方向3)、
+θx/4方向(方向4)に向け送受信を行った後、4
Δt秒後には−θx/2+Δθ方向(方向5)に、さら
に5Δt秒後、6Δt秒後・・・・には−θx/4+Δ
θ(方向6)、Δθ(方向7)・・・・の順序で送受信
方向を制御する。ただし、Δθは走査の最小ピッチであ
る。
Next, the transmitting and receiving directions of the ultrasonic waves will be described. Here, if the image angle is θx degrees, this range is divided into, for example, four, and the first scan transmits and receives ultrasonic waves in the direction of angle −θx / 2 (direction 1), and after the next approximately Δt seconds, −
Transmission / reception is performed in the θx / 4 direction (direction 2). After 2Δt seconds and 3Δt seconds, 0 degrees (direction 3),
After transmitting and receiving in the + θx / 4 direction (direction 4), 4
After Δt seconds, in the −θx / 2 + Δθ direction (direction 5), after further 5Δt seconds, after 6Δt seconds..., -Θx / 4 + Δ
.. (direction 6), Δθ (direction 7)... Here, Δθ is the minimum scanning pitch.

【0041】次に、図6に示すタイムチャートを参照し
てゲート交互走査法を説明する。
Next, the gate alternate scanning method will be described with reference to the time chart shown in FIG.

【0042】図6(a)は2次元画像を得る場合の従来
の走査法を示す図であり、まず走査方向1の方向で超音
波の送受信を行った後の4Δt秒後に、隣接した走査方
向である方向5に対して送受信を行う。さらに8Δt秒
後の走査方向は走査方向9のようになる(図1(b)参
照)。つまり、送信パルス間隔は最も深い領域dの後端
部からの反射信号を受信するまでは次の送信パルスは送
信できないため、少なくとも4Δt秒必要である。
FIG. 6A is a diagram showing a conventional scanning method for obtaining a two-dimensional image. First, after 4 Δt seconds after transmitting / receiving ultrasonic waves in the scanning direction 1, the adjacent scanning directions are obtained. Is transmitted / received in direction 5 which is Further, the scanning direction after 8 Δt seconds becomes the scanning direction 9 (see FIG. 1B). In other words, the transmission pulse interval needs at least 4Δt seconds because the next transmission pulse cannot be transmitted until the reflected signal from the rear end of the deepest region d is received.

【0043】これに対し、図6(b)に示すゲート交互
走査法では、Δt秒間隔で走査方向1、走査方向2、走
査方向3に対して順次に超音波を送信した後、受信系の
指向性を走査方向1に設定して領域cからの反射信号の
みをΔt秒間受信し、さらに走査方向4に向けて送信を
行った後、受信系の指向性を走査方向2に設定して領域
cからの反射信号のみをΔt秒間受信する。このような
動作を繰り返すことによって領域cの走査を従来よりも
4倍のスピードで完了することができる。したがって画
像のフレーム数を4倍ほど改善することができる。
On the other hand, in the gate alternating scanning method shown in FIG. 6B, ultrasonic waves are sequentially transmitted in the scanning direction 1, the scanning direction 2, and the scanning direction 3 at intervals of Δt seconds, and then the reception system After setting the directivity to the scanning direction 1 and receiving only the reflected signal from the area c for Δt seconds and transmitting the signal in the scanning direction 4, the directivity of the receiving system is set to the scanning direction 2 and the area is set to the scanning direction 2. Only the reflected signal from c is received for Δt seconds. By repeating such an operation, the scanning of the region c can be completed at four times the speed of the related art. Therefore, the number of frames of the image can be improved about four times.

【0044】ところで、心臓のように動きの早い臓器を
観察する場合においてゲート交互走査を行うと、例えば
走査方向1、走査方向5・・・・によって構成される画
像と、走査方向2、走査方向6・・・によって構成され
る画像とのつなぎ目が連続して表示されないという問題
が起こり得る。このため走査方向1と走査方向2はでき
るだけ接近していることが望ましい。
By the way, when gate alternate scanning is performed when observing a fast-moving organ such as the heart, for example, an image composed of the scanning direction 1, the scanning direction 5,... .. May not be displayed continuously. Therefore, it is desirable that the scanning direction 1 and the scanning direction 2 be as close as possible.

【0045】一方、超音波のビーム幅に対して上記2つ
の走査方向のなす角度を十分に広くする必要がある。そ
うしなければ、送信ビーム同士若しくは受信ビーム同士
が、又は受信ビームと送信ビームとが互いに重なってし
まう。このような場合、例えば走査方向1による領域c
からの受信を行っている時に走査方向2による領域bか
らの受信波が受信され、混信が起こることにより画像上
にアーチファクトが現れてしまうという問題が起こり得
る。
On the other hand, it is necessary to make the angle between the above two scanning directions sufficiently large with respect to the beam width of the ultrasonic wave. Otherwise, transmission beams or reception beams overlap, or reception beams and transmission beams overlap each other. In such a case, for example, the region c in the scanning direction 1
During reception from the receiver, a reception wave from the region b in the scanning direction 2 is received, and interference may occur, thereby causing a problem that an artifact appears on an image.

【0046】このような2つの相反する問題を同時に回
避するため、送信及び受信での超音波ビーム幅をできる
だけ狭くしなくてはならない。ところで、従来では画像
のフレーム数を高めるために2〜4段の並列同時受信を
行う場合が多い。この技術はリアルタイム3次元画像表
示において必須の技術であるが、前述したように送信ビ
ームはビーム幅を拡散させるため、送信ビームにおける
ビームの重なり合いが特に問題となる。
In order to avoid such two conflicting problems at the same time, the width of the ultrasonic beam in transmission and reception must be reduced as much as possible. Conventionally, in order to increase the number of frames of an image, two to four stages of parallel simultaneous reception are often performed. This technique is an essential technique in real-time three-dimensional image display. However, as described above, since the transmission beam spreads the beam width, overlapping of the transmission beams becomes a particular problem.

【0047】本発明の第2のポイントは、受信ビームの
みならず送信ビームについても十分にフォーカッシング
がなされた状態での走査を可能にする「並列同時送受信
法」を実現した点にある。
A second point of the present invention is that a "parallel simultaneous transmission / reception method" has been realized which enables scanning in a state where not only a reception beam but also a transmission beam is sufficiently focused.

【0048】図7は本発明に係る並列同時送受信法を示
す図、図8は従来の並列同時受信法及び本発明に係る並
列同時送受信法における送信遅延時間を示す図である。
ここでも説明を簡単にするため、θ=0を中心とする2
段の並列同時(送)受信について述べる。
FIG. 7 is a diagram showing a parallel simultaneous transmission / reception method according to the present invention, and FIG. 8 is a diagram showing transmission delay times in a conventional parallel simultaneous reception method and a parallel simultaneous transmission / reception method according to the present invention.
Again, for simplicity of explanation, 2 centered around θ = 0
The parallel simultaneous (transmission) reception of the stages will be described.

【0049】図8(a)に示すように従来の並列同時受
信法では、送信方向はθ=0、受信方向はθ=−θsと
θ=+θsであり、したがって送信時における振動子の
駆動パルスの遅延時間は振動子の位置によらず一定(τ
s0)である。これに対し、図8(b)に示すように本
発明の並列同時送受信法では、送信時の駆動パルスにも
受信時と同様に遅延時間τ−s,τ+sを、θ=−θs
とθ=+θsの方向に厳密に与える。
As shown in FIG. 8A, in the conventional parallel simultaneous reception method, the transmission direction is θ = 0, the reception directions are θ = −θs and θ = + θs, and therefore, the driving pulse of the vibrator at the time of transmission is Is constant regardless of the position of the transducer (τ
s0). On the other hand, as shown in FIG. 8 (b), in the parallel simultaneous transmission / reception method of the present invention, the drive pulses at the time of transmission also include delay times τ−s and τ + s,
And strictly in the direction of θ = + θs.

【0050】なお、実際の装置では分解能を向上するた
めに超音波ビームを集束させるべく送信および受信にて
集束用の遅延時間をさらに追加設定する必要があること
については既に述べたが、この集束用遅延時間の設定に
ついては説明を省略する。
In the actual apparatus, it has already been described that it is necessary to further set a delay time for focusing in transmission and reception in order to focus the ultrasonic beam in order to improve the resolution. Description of the setting of the use delay time is omitted.

【0051】ここで、先に述べたゲート交互走査法と並
列同時送受信法と組み合わせる場合は、次のように構成
すれば良い。すなわち、前述のゲート交互走査を行う際
に、走査方向1,2,3・・・・・の各々の方向を中心
に−θsと+θsの2方向にて送受信を行うように構成
する。たとえばθ=−θx/2を中心とした送受信では
θ=−θx/2−θsとθ=−θx/2+θsの方向で
並列同時送受信を行うようにする。
Here, in the case where the above-described gate alternate scanning method and parallel simultaneous transmission / reception method are combined, the following configuration may be adopted. That is, when the above-described gate alternate scanning is performed, transmission and reception are performed in two directions of -θs and + θs around each of the scanning directions 1, 2, 3,.... For example, in transmission / reception centering on θ = −θx / 2, parallel simultaneous transmission / reception is performed in the directions of θ = −θx / 2−θs and θ = −θx / 2 + θs.

【0052】次に、並列同時送受信方法の送信系に関る
2つの構成例を説明する。
Next, two configuration examples relating to the transmission system of the parallel simultaneous transmission / reception method will be described.

【0053】先ず、本発明の並列同時送受信法の送信系
の第1の構成例について説明する。
First, a first configuration example of the transmission system of the parallel simultaneous transmission / reception method of the present invention will be described.

【0054】図9は従来の送信系及び上記第1の構成例
を説明するための図である。
FIG. 9 is a diagram for explaining a conventional transmission system and the first configuration example.

【0055】従来の送信系は、図9(a)に示すように
レート信号発生器40、送信遅延回路41、パルサ回路
42、振動子43が直列に接続されて成る。また、同図
(a)に、レート信号発生器40、送信遅延回路41、
パルサ42の各出力波形に基づくタイムチャートを示
す。
The conventional transmission system comprises a rate signal generator 40, a transmission delay circuit 41, a pulser circuit 42, and a vibrator 43 connected in series as shown in FIG. FIG. 3A shows a rate signal generator 40, a transmission delay circuit 41,
6 shows a time chart based on each output waveform of the pulser 42.

【0056】本発明の並列同時送受信法の送信系の第1
の構成例は、図9(b)に示すように、レート信号発生
器40と、並列同時送信系統数分(この実施形態では2
系統)の送信遅延回路(A44−1及びB44−2)
と、加算器45と、パルサ回路42とによって構成され
る。また、同図(b)に、レート信号発生器40、送信
遅延回路(A44−1及びB44−2)、加算器45、
パルサ回路42の各出力波形に基づくタイムチャートを
示す。
The first transmission system of the parallel simultaneous transmission / reception method of the present invention.
9B, the rate signal generator 40 and the number of parallel simultaneous transmission systems (2 in this embodiment)
Transmission delay circuit (A44-1 and B44-2)
, An adder 45, and a pulsar circuit 42. FIG. 3B shows a rate signal generator 40, transmission delay circuits (A44-1 and B44-2), an adder 45,
4 shows a time chart based on each output waveform of the pulsar circuit 42.

【0057】このタイムチャートにより送信系の第1の
構成の動作を説明する。まずレート信号発生器40は、
従来と同様に超音波の送信繰り返し周期を決定するパル
スを発生する。上述したゲート交互走査においてはΔt
が、また従来の走査法では4Δtがこれに相当する。こ
の出力は2つの送信遅延回路(すなわち送信遅延回路A
44−1、送信遅延回路B44−2)に送られる。ここ
で送信遅延回路A44−1では送信パルスの指向性が−
θs方向になるような遅延時間τ−sをもったトリガパ
ルスが形成され、一方、送信遅延回路B44−2では送
信パルスの指向性が+θs方向になるような遅延時間τ
+sにさらに一定値Txが加算された遅延時間をもった
トリガパルスが形成される。これらの2つのトリガパル
スは加算器45にて合成(加算)され、パルサ回路42
にて図に示すようなインパルスが2つ合成されたダブル
パルスがつくられ、このパルスによって振動子43が駆
動されて超音波が発生する。
The operation of the first configuration of the transmission system will be described with reference to this time chart. First, the rate signal generator 40
As in the conventional case, a pulse for determining the transmission repetition period of the ultrasonic wave is generated. In the alternate gate scanning described above, Δt
However, in the conventional scanning method, 4Δt corresponds to this. This output is applied to two transmission delay circuits (ie, transmission delay circuit A).
44-1, transmission delay circuit B44-2). Here, in the transmission delay circuit A44-1, the directivity of the transmission pulse is-
A trigger pulse having a delay time τ-s is formed so as to be in the θs direction, while the delay time τ is such that the directivity of the transmission pulse is in the + θs direction in the transmission delay circuit B44-2.
A trigger pulse having a delay time obtained by adding a constant value Tx to + s is formed. These two trigger pulses are combined (added) by the adder 45, and the pulser circuit 42
A double pulse composed of two impulses as shown in the figure is generated, and the pulse drives the vibrator 43 to generate an ultrasonic wave.

【0058】上記遅延時間τ−sおよびτ+sはセクタ
走査を行う際の送信指向性の変化にともなって変化する
が、そのいかなる場合であってもパルサ出力の2つのイ
ンパルスはそのリンギング応答を含めて重なり合うこと
がないように前記所定間隔Txの設定がなされる。例え
ば、通常のセクタ電子走査型の装置に用いられる遅延時
間は0〜10μsecであるためTxは20〜30μs
ec程度に設定すればよい。この走査法では各アレイ振
動子はそれぞれ約Tx離れた2つのパルスで駆動されて
2つの超音波パルスを放射するが、それぞれのチャンネ
ルのもつビーム偏向用の遅延時間τ−s、τ+sによっ
て、ある程度の深さ以降ではこれら2つの超音波パルス
は互いに分離される。
The delay times .tau.-s and .tau. + S change with the change in the transmission directivity during the sector scanning. In any case, the two impulses of the pulser output include the ringing response. The predetermined interval Tx is set so as not to overlap. For example, since the delay time used in a normal sector electronic scanning type device is 0 to 10 μsec, Tx is 20 to 30 μs.
It may be set to about ec. In this scanning method, each array transducer is driven by two pulses separated by about Tx, and emits two ultrasonic pulses. To some extent, the beam deflection delay times τ−s and τ + s of the respective channels cause After this depth, these two ultrasonic pulses are separated from each other.

【0059】たとえば、最初の駆動によって放射された
送信超音波は−θ方向にのみ強い指向性をもち、+θ方
向では無視できる程度に弱め合う。逆に、Tx秒後の第
2の駆動で放射された送信超音波は+θ方向にのみ強い
指向性をもち、−θ方向では弱め合う。
For example, the transmitted ultrasonic wave radiated by the first drive has a strong directivity only in the -θ direction, and weakly weakens in the + θ direction. Conversely, the transmitted ultrasonic wave radiated by the second drive after Tx seconds has strong directivity only in the + θ direction and weakens in the −θ direction.

【0060】このようにして間隔Txの差をもってほぼ
同時に振動子から放射される超音波によって、2つの方
向への同時送信が可能となる。一方、受信系では従来と
同様に−θ方向と+θ方向に指向性をもった受信回路を
もっているため各々の方向の受信信号を分離して受信す
ることが可能となる。なお、この方法では+θ方向から
の受信波は−θ方向からの受信波に対して常にTxだけ
遅れて受信されることになるため、画像として表示する
際にはその分を補正(すなわち+θ方向からの受信波を
Tx分早めて表示してやらなくてはならないが、技術的
には容易に実現可能である。
In this way, simultaneous transmission in two directions becomes possible by the ultrasonic waves radiated from the transducer almost simultaneously with the difference of the interval Tx. On the other hand, the receiving system has a receiving circuit having directivity in the -θ direction and the + θ direction as in the related art, so that it is possible to separate and receive the received signals in each direction. In this method, the received wave from the + θ direction is always received with a delay of Tx with respect to the received wave from the −θ direction. Must be displayed earlier by Tx, but it can be easily realized technically.

【0061】つぎに、本発明の並列同時送受信法の送信
系の第2の構成例について説明する。
Next, a second configuration example of the transmission system of the parallel simultaneous transmission / reception method of the present invention will be described.

【0062】図10に示すように、この第2の構成例
は、レート信号発生器40と、並列同時送信系統数分
(この実施形態では2系統)の送信遅延回路(A44−
1及びB4−2)と、各々の送信遅延回路に接続される
波形発生器(47−1及び47−2)と、デジタルの加
算器45と、D/A変換器46と、振動子駆動用リニア
アンプ48と、振動子43とによって構成されている。
また、同図に、レート信号発生器40、送信遅延回路
(A44−1及びB44−2)、波形発生器(47−1
及び47−22)、加算器45及びリニアアンプ48の
各出力波形に基づくタイムチャートを示す。
As shown in FIG. 10, the second configuration example includes a rate signal generator 40 and transmission delay circuits (A44-) corresponding to the number of parallel simultaneous transmission systems (two systems in this embodiment).
1 and B4-2), a waveform generator (47-1 and 47-2) connected to each transmission delay circuit, a digital adder 45, a D / A converter 46, and a vibrator drive It comprises a linear amplifier 48 and a vibrator 43.
Also, in the figure, the rate signal generator 40, the transmission delay circuits (A44-1 and B44-2), and the waveform generator (47-1)
And 47-22), and a time chart based on each output waveform of the adder 45 and the linear amplifier 48.

【0063】このタイムチャートにより送信系の第2の
構成の動作を説明する。まず、レート信号発生器40は
超音波の送信繰り返し周期を決定するパルスを発生す
る。上述したゲート交互走査においてはΔtが、また従
来の走査法では4Δtがこれに相当する。レート信号発
生器40からの出力は、2つの送信遅延回路(すなわち
送信遅延回路A44−1、送信遅延回路B44−2)に
送られる。ここで送信遅延回路A44−1では、送信パ
ルスの指向性が−θ方向になるような遅延時間τ−sを
もった一連のトリガパルスが形成され、一方、送信遅延
回路B44−2では、送信パルスの指向性が+θ方向に
なるような遅延時間τ+sをもったトリガパルスが形成
される。
The operation of the second configuration of the transmission system will be described with reference to this time chart. First, the rate signal generator 40 generates a pulse for determining a transmission repetition period of an ultrasonic wave. In the alternate gate scanning described above, Δt corresponds, and in the conventional scanning method, 4t corresponds to this. The output from the rate signal generator 40 is sent to two transmission delay circuits (that is, a transmission delay circuit A 44-1 and a transmission delay circuit B 44-2). Here, in the transmission delay circuit A44-1, a series of trigger pulses having a delay time τ-s such that the directivity of the transmission pulse is in the −θ direction is formed. A trigger pulse having a delay time τ + s such that the directivity of the pulse is in the + θ direction is formed.

【0064】これらの2つのトリガパルスはたとえばR
OM(Read Only Memory)で構成され
る波形発生器47−1,47−2に送られる。これら2
つのROMにはあらかじめ送信波形(例えば超音波中心
周波数と同じ周波数をもつ正弦波(1波)あるいはその
包絡線がガウシアンとなるような超音波中心周波数と同
じ周波数をもつ数波の正弦波など)がデータとしてあら
かじめ記憶されており、それぞれの読みだしのタイミン
グを決定するトリガパルスが前記送信遅延回路44から
供給される。なお、読み出しには中央の制御回路(図示
せず)から供給されるクロックパルスも必要となる。
These two trigger pulses are, for example, R
It is sent to the waveform generators 47-1 and 47-2 composed of OM (Read Only Memory). These two
One ROM stores in advance a transmission waveform (for example, a sine wave (one wave) having the same frequency as the ultrasonic center frequency or a few sine waves having the same frequency as the ultrasonic center frequency whose envelope is Gaussian). Are stored in advance as data, and a trigger pulse for determining each read timing is supplied from the transmission delay circuit 44. Note that reading requires a clock pulse supplied from a central control circuit (not shown).

【0065】波形発生器47−1、波形発生器B47−
2からの出力はデジタル加算器45にて合成(加算)さ
れた後、D/A変換器46にて駆動波形に変換される。
この駆動波形は振動子駆動用リニアアンプ48を介して
振動子43を駆動する。なお、タイミングチャートでは
波形発生器47および加算器45の各出力の波形が示さ
れているが、本来これらの構成部分はデジタル回路であ
るため、このような波形を実際観察することは不可能で
あるが、説明を容易にするために敢えてアナログ信号に
変換して示してある。また、波形発生器47や加算器4
5の演算プロセスの具体的な構成については、D/A変
換器出力あるいはアンプ出力が図に示したように遅延時
間の異なる2つの駆動波形が合成された形で得られれ
ば、どのように構成されていても良い。たとえば、加算
器45からの出力信号と同等のものを他の演算器によっ
て直接演算し発生させてもよい。本実施形態では2つの
合成された駆動波形によって、振動子43が駆動され超
音波が発生される。
The waveform generator 47-1 and the waveform generator B47-
The outputs from 2 are combined (added) by a digital adder 45 and then converted into a drive waveform by a D / A converter 46.
This drive waveform drives the vibrator 43 via the vibrator driving linear amplifier 48. Although the timing chart shows the waveform of each output of the waveform generator 47 and the adder 45, since these components are originally digital circuits, it is impossible to actually observe such waveforms. However, for ease of explanation, they are shown after being converted into analog signals. Further, the waveform generator 47 and the adder 4
Regarding the specific configuration of the operation process 5, if the D / A converter output or the amplifier output is obtained in a form in which two drive waveforms having different delay times are combined as shown in the figure, any configuration is possible. It may be. For example, a signal equivalent to the output signal from the adder 45 may be directly calculated and generated by another calculator. In the present embodiment, the vibrator 43 is driven by the two combined drive waveforms to generate ultrasonic waves.

【0066】前記遅延時間τ−sおよびτ+sは、セク
タ走査を行う際の送信指向性の変化にともなって変化す
るため、2つの波形の位相が一致した場合にはその振幅
が2倍となる。したがってそれだけの振幅特性をもった
アンプの設計が必要となる。この走査法では各アレイ振
動子が2種類の送信駆動波形で同時に駆動されて超音波
パルスを放射するが、それぞれのもつビーム偏向用の遅
延時間τ−s、τ+sによってこれら超音波パルスは、
ある程度の深さ以降では分離される。一方、受信系でも
−θ方向と+θ方向に指向性をもった受信回路をもって
いるため各々の方向の受信信号を分離して受信すること
が可能となる。
The delay times τ-s and τ + s change with the change in the transmission directivity during the sector scanning. Therefore, when the phases of the two waveforms match, the amplitudes are doubled. Therefore, it is necessary to design an amplifier having such amplitude characteristics. In this scanning method, each array transducer is simultaneously driven with two types of transmission drive waveforms and emits ultrasonic pulses. These ultrasonic pulses are generated by the respective beam deflection delay times τ-s and τ + s.
After a certain depth, they are separated. On the other hand, since the receiving system also has a receiving circuit having directivity in the -θ direction and the + θ direction, it is possible to separate and receive the received signals in each direction.

【0067】なお、上述した並列同時送受信の送信系に
係る第1の構成例および第2の構成例のいずれにおいて
も並列送受信方向は2方向としたが、これに限定される
ものではない。
In each of the first configuration example and the second configuration example relating to the transmission system of the parallel simultaneous transmission and reception described above, the parallel transmission and reception directions are two directions, but the present invention is not limited to this.

【0068】ところで、前述の並列同時送受信を行った
場合、第1の構成例に係る送信系にうおては単位時間あ
たりの送信パルス数が並列段数分だけ増加(4方向の場
合は4倍増加)するし、また第2の構成例についても振
幅や波数が増加し送信エネルギーが同様に並列段数分だ
け増加する。このような場合においては、プローブの発
熱が問題になる。
By the way, when the above-mentioned parallel simultaneous transmission and reception is performed, the number of transmission pulses per unit time increases by the number of parallel stages in the transmission system according to the first configuration example (in the case of four directions, increases by four times). Also, in the second configuration example, the amplitude and wave number increase, and the transmission energy similarly increases by the number of parallel stages. In such a case, heat generation of the probe becomes a problem.

【0069】一般に、超音波診断装置では高画質を得る
ための最大の条件は良いS/Nを確保することであると
されている。そのためには、多くの超音波(音響)エネ
ルギーを体内に入れることが望ましい。しかしながらそ
の一方で、生体に対する安全規格が定められており、生
体内での音圧、あるいはプローブの生体との接触面の温
度を規格値以内に収めなくてはならない。このため従来
の装置ではその規格値を越えないように超音波エネルギ
ーを抑えて生体に対し放射するようにしている。
In general, it is said that the maximum condition for obtaining high image quality in an ultrasonic diagnostic apparatus is to secure a good S / N. To that end, it is desirable to put a lot of ultrasonic (acoustic) energy into the body. However, on the other hand, safety standards for living organisms are defined, and the sound pressure in the living organism or the temperature of the contact surface of the probe with the living organism must be kept within the standard value. For this reason, in the conventional apparatus, the ultrasonic energy is suppressed and emitted to the living body so as not to exceed the standard value.

【0070】本発明の並列同時送受信時における並列送
信法では、前者の音圧に関しては複数の独立した部位に
(方向に)送信を行うものであるためエネルギーが分散
し大きな問題とならないが、後者の接触面温度に関して
は、既に述べたように並列送信段数分だけ増加するため
対策が必要となる。
In the parallel transmission method in the case of the parallel simultaneous transmission and reception according to the present invention, since the former sound pressure is transmitted to a plurality of independent parts (in the direction), the energy is dispersed so that there is no big problem. As described above, since the contact surface temperature increases by the number of parallel transmission stages, a countermeasure is required.

【0071】プローブ先端部における発熱の大きな要因
の1つに、空中放置時にプローブ内に蓄積される超音波
エネルギーがある。本来、医用の超音波プローブではそ
の放射面が生体に触れた時に生体内に超音波パルスが伝
搬する。そして、プローブ放射面が空気の場合は振動子
と空気の各々の音響インピーダンスの差が大きいため、
音波は空中には伝搬せずに振動子内部あるいはプローブ
内において多重反射を起こす。その際のエネルギーはプ
ローブ内部に蓄積される。
One of the major factors of heat generation at the probe tip is ultrasonic energy stored in the probe when left in the air. Originally, in a medical ultrasonic probe, an ultrasonic pulse propagates into a living body when its radiation surface touches the living body. When the probe radiation surface is air, the difference between the acoustic impedances of the vibrator and air is large,
The sound wave does not propagate into the air, but causes multiple reflections inside the transducer or inside the probe. The energy at that time is stored inside the probe.

【0072】このようなメカニズムを考えると超音波診
断では診断中よりも診断の合間、すなわちプローブを生
体から離した時に大きな発熱をしていることになる。
Considering such a mechanism, the ultrasonic diagnosis generates a larger amount of heat during the diagnosis, that is, when the probe is separated from the living body than during the diagnosis.

【0073】図11は発熱対策を講じた場合の構成を示
すブロック図である。同図に示すように、かかる構成は
検波回路9に対しゲート回路25が接続され、このゲー
ト回路25に対し積分回路26、比較器27、電圧制御
回路28が直列に接続されて成る。
FIG. 11 is a block diagram showing a configuration in a case where measures against heat generation are taken. As shown in the figure, the configuration is such that a gate circuit 25 is connected to the detection circuit 9, and an integration circuit 26, a comparator 27, and a voltage control circuit 28 are connected in series to the gate circuit 25.

【0074】図12は発熱対策の原理を示すタイミング
チャートである。同図(a)はレートパルスを示し、そ
の立ち上がりのタイミングで送信パルスが放射される。
同図(b)はプローブが生体面に接触しているときの受
信信号(検波後の信号)を示し、1レート区間の間にお
いて生体内からの反射信号が長時間に亘り受信される。
これに対し同図(e)はプローブが空気負荷になってい
るときの反射信号を示し、プローブ内での多重反射によ
る信号が送信パルス放射の直後に見られるが、それ以降
受信信号は得られなくなる。これらの受信信号の特徴の
違いを判定してやればプローブが生体に触れているか否
かを自動的に判定することが可能となる。
FIG. 12 is a timing chart showing the principle of measures against heat generation. FIG. 2A shows a rate pulse, and a transmission pulse is emitted at the timing of the rising edge.
FIG. 3B shows a received signal (a signal after detection) when the probe is in contact with the body surface, and a reflected signal from the body is received for a long time during one rate section.
On the other hand, FIG. 7E shows a reflected signal when the probe is under an air load. A signal due to multiple reflections in the probe can be seen immediately after the transmission pulse emission, but a received signal is obtained thereafter. Disappears. If the difference between the characteristics of these received signals is determined, it is possible to automatically determine whether the probe is touching the living body.

【0075】つぎに、図11に示したブロック図及び図
12に示したタイムチャートを参照して発熱対策に関す
る装置の動作について説明する。
Next, the operation of the apparatus relating to heat generation countermeasures will be described with reference to the block diagram shown in FIG. 11 and the time chart shown in FIG.

【0076】加算回路7から出力された受信信号は、従
来のものと同様に対数増幅器8、検波回路9を介した
後、ゲート回路25においてその一部が切り出され、さ
らにゲート回路25からの出力は積分回路26によって
積分される。例えば図12(c)あるいは(f)に示す
ように、ゲート回路25はレートパルスの立ち上がりか
らt0後に開き、t1後に閉じる。この間の受信信号は
切り出されて積分器26にて積分される。プローブが生
体に接触している場合の受信信号(図12(b))は空
気負荷時と比較してt0−t1区間の振幅が顕著に大き
いゆえ、積分器出力も図12(d)及び(g)から明ら
かなように生体接触時の方が大きい。
The reception signal output from the addition circuit 7 passes through a logarithmic amplifier 8 and a detection circuit 9 in the same manner as the conventional one, and a part thereof is cut out in a gate circuit 25. Is integrated by the integration circuit 26. For example, as shown in FIG. 12C or 12F, the gate circuit 25 opens after t0 from the rise of the rate pulse and closes after t1. The received signal during this time is cut out and integrated by the integrator 26. The received signal when the probe is in contact with the living body (FIG. 12 (b)) has a remarkably large amplitude in the interval t0-t1 as compared with the air load, so that the integrator output is also as shown in FIGS. As is clear from g), it is larger at the time of biological contact.

【0077】したがって、比較器27においてこの積分
器の出力をあらかじめ定めた判断レベルと比較して大き
ければプローブは生体に接触している(すなわち診察
中)と判断し、パルサ3の電圧をそのままの状態にして
超音波の送信を継続する。逆に、積分器出力が判断レベ
ルと比較して小さければプローブは空気負荷になってい
ると判断し、電圧制御回路28によりパルサ3の電圧を
所定のレベルまで下げる。この場合、画像が全く見えな
くなるレベルまで下げるよりは多少画像が観察できる程
度で、しかも発熱が規格値を大幅に下回るような適当な
電圧値(V0)を選んでやればよい。
Therefore, if the output of the integrator is compared with a predetermined judgment level in the comparator 27, if it is larger, it is judged that the probe is in contact with the living body (ie, during a medical examination), and the voltage of the pulsar 3 remains unchanged. In this state, transmission of ultrasonic waves is continued. Conversely, if the output of the integrator is smaller than the determination level, it is determined that the probe has an air load, and the voltage of the pulser 3 is reduced to a predetermined level by the voltage control circuit 28. In this case, an appropriate voltage value (V0) may be selected so that the image can be observed to some extent rather than lowering to a level at which the image is completely invisible, and the heat generation is significantly lower than the standard value.

【0078】上記方法では、超音波の反射信号からプロ
ーブが生体に接触しているか否かを受信信号に基づいて
判断するようにしたがその他の方法であっても良い。例
えば、プローブに被検者(患者)の体や検者(医師や技
師)の手が触れているか否かを検出するようにしてもよ
く、あるいは、例えば静電気センサや赤外線検出センサ
等をプローブに内蔵し、センサによってこれを検出する
ように構成しても良い。
In the above method, it is determined whether or not the probe is in contact with the living body based on the reflected signal of the ultrasonic wave based on the received signal. However, another method may be used. For example, it may be detected whether or not the body of the subject (patient) or the hand of the examiner (doctor or technician) is touching the probe. Alternatively, for example, an electrostatic sensor or an infrared detection sensor may be used as the probe. It may be built in and configured to detect this by a sensor.

【0079】次に、リアルタイムで3次元画像を表示す
るセクタ電子走査型の超音波診断装置の具体的な構成及
びその動作について説明する。
Next, the specific configuration and operation of the sector electronic scanning type ultrasonic diagnostic apparatus for displaying a three-dimensional image in real time will be described.

【0080】既に述べたゲート交互走査法によれば、体
内の特定部位の画像を得る場合にその走査数を大幅に増
加可能であり、特に3次元走査のように一枚の画像を得
るために多くの走査を必要とする場合、フレーム数を大
幅に改善できる。このようなゲート交互走査及び並列同
時送受信法を適用すれば、超音波診断装置によるリアル
タイムの3次元表示が可能となる。
According to the gate alternate scanning method described above, the number of scans can be greatly increased when obtaining an image of a specific part in the body. In particular, it is necessary to obtain one image as in three-dimensional scanning. If many scans are required, the number of frames can be greatly improved. If such gate alternate scanning and parallel simultaneous transmission / reception methods are applied, real-time three-dimensional display by an ultrasonic diagnostic apparatus becomes possible.

【0081】図1に示したように肋間を介して超音波を
送受信し、左心房と左心室の境界にある僧坊弁およびそ
の周辺の画像を観察しようとする場合、診断する深さを
領域aから領域dまで4つの領域に分割すると領域cか
らの超音波信号が得られれば上記の目的は達成される。
ただしここでは説明を簡単にするため各領域は等間隔と
する。
As shown in FIG. 1, when an ultrasonic wave is transmitted and received through the intercostal space and an image of the mitral valve at the boundary between the left atrium and the left ventricle and its surroundings is to be observed, the depth to be diagnosed is determined in the region a. When the ultrasonic signal from the region c is obtained by dividing the region into four regions from to the region d, the above object is achieved.
However, here, the respective regions are set at equal intervals to simplify the description.

【0082】次に、本装置における送信パルスの間隔に
ついて述べる。例えば図1においてプローブ先端から領
域cの前端までの距離をS1、後端までの距離をS2、
ΔS=S2−S1、また生体内の音速をV0とすれば、
ΔSの間の反射信号を受信するには後述する条件の下で
は少なくとも送信パルス間隔Δtは2ΔS/V0以上あ
ればよい。
Next, the interval between transmission pulses in the present apparatus will be described. For example, in FIG. 1, the distance from the probe tip to the front end of the region c is S1, the distance from the rear end is S2,
ΔS = S2−S1, and if the speed of sound in a living body is V0,
In order to receive the reflected signal during ΔS, at least the transmission pulse interval Δt needs to be 2ΔS / V0 or more under the conditions described later.

【0083】次に、超音波の送受信方向について述べ
る。僧坊弁近辺(プローブから50mmとする)におけ
る走査範囲をX方向、Y方向のいずれとも70mmとす
る。ただしXY平面は図15に示すように超音波ビーム
の送受信方向(Z方向)に対してほぼ直角の方向に設定
する。この70mm×70mmの領域を3次元走査する
時の走査ピッチは、走査する送受信の超音波ビーム幅
(分解能)より小さくなくてはならない。ここでは超音
波のビーム幅を3mmとしX方向およびY方向の走査ピ
ッチは前記ビーム幅の半分の1.5mmとする。したが
ってX方向、Y方向のそれぞれの走査数は48となり、
総走査数は2304回となる。
Next, the transmitting and receiving directions of the ultrasonic waves will be described. The scanning range around the mitral valve (50 mm from the probe) is 70 mm in both the X and Y directions. However, the XY plane is set in a direction substantially perpendicular to the transmission / reception direction (Z direction) of the ultrasonic beam as shown in FIG. The scanning pitch when three-dimensionally scanning this area of 70 mm × 70 mm must be smaller than the ultrasonic beam width (resolution) of scanning transmission / reception. Here, the beam width of the ultrasonic wave is 3 mm, and the scanning pitch in the X and Y directions is 1.5 mm, which is half of the beam width. Therefore, the number of scans in each of the X and Y directions is 48,
The total number of scans is 2304.

【0084】なお、このようなビーム幅を実現するため
に用いられるスパースアレイ振動子の仕様については後
述する。この時の距離50mmにおける走査領域(X−
Y平面)を図13に示す。その走査領域は48×48の
微小領域から構成されており、さらにX方向に2領域、
Y方向に2領域合計4領域(図中a,b,c,d)が1
つにまとめられ中領域が形成される。すなわち前記23
04の微小領域は4分の1の1〜576の中領域にグル
ーピングされ、グルーピングされた各々の4つの微小領
域においてすでに述べた並列同時送受信を行う。
The specifications of the sparse array transducer used to realize such a beam width will be described later. At this time, the scanning area (X-
(Y plane) is shown in FIG. The scanning area is composed of a 48 × 48 minute area, and further has two areas in the X direction.
A total of 4 areas (a, b, c, d in the figure) are 2 in the Y direction and 1
And a middle region is formed. That is, 23
The minute area of 04 is grouped into the middle area of 1/4 to 576, and the above-mentioned parallel simultaneous transmission / reception is performed in each of the grouped four minute areas.

【0085】この時送信ビームは図9又は図10に示し
た方法によって微小領域a〜dの中心に指向性が一致す
るように、超音波プローブを構成する2次元アレイ振動
子が駆動される。受信においても全く同様に2次元アレ
イの各振動子で受信された受信信号に対し、受信指向性
が前記微小領域a〜dの中心位置に一致するように4種
類の所定の遅延時間が与えられ、それぞれが合成され
る。なお、遅延時間の制御によって走査を行うことは従
来の超音波診断装置と同様であるが、2次元アレイ振動
子ではその駆動信号の遅延時間を制御することによって
超音波ビームを2次元的に偏向させることが可能となる
ことは既に広く知られていることであり、その詳細な説
明は省略する。
At this time, the two-dimensional array vibrator constituting the ultrasonic probe is driven by the method shown in FIG. 9 or FIG. 10 so that the directivity coincides with the center of the micro regions a to d. Similarly, in reception, four kinds of predetermined delay times are given to the reception signals received by the transducers of the two-dimensional array so that the reception directivity coincides with the center positions of the minute areas a to d. Are synthesized. The scanning by controlling the delay time is the same as that of the conventional ultrasonic diagnostic apparatus. However, in the two-dimensional array transducer, the ultrasonic beam is two-dimensionally deflected by controlling the delay time of the drive signal. It is already widely known that this can be performed, and a detailed description thereof will be omitted.

【0086】次に、ゲート交互走査法を適用する場合に
ついて以下に述べる。ここではゲート交互走査の段数を
4段とする。すなわち中領域1〜576に対する送信パ
ルスは、順次1,2,3,4,・・・・576に向けて
Δt間隔(Δtについては図6を参照のこと)で放射さ
れる。一方、受信については、1,2,3,・・・57
6の方向に受信指向性を順次変化させ、送信よりも2Δ
t秒遅れであってかつΔt間隔で受信が行われる。ある
いは生体の動きが速いため中領域12と13の間で画像
のずれが生ずるような場合には、送受信の順番を1,
2,3,4,13,14・・22、5,6,8,14・
・のようにしてもよく、その順番に関しては限定されな
い。
Next, a case where the gate alternate scanning method is applied will be described below. Here, the number of stages of gate alternate scanning is four. That is, the transmission pulses for the middle regions 1 to 576 are sequentially emitted toward 1, 2, 3, 4,... 576 at intervals of Δt (see FIG. 6 for Δt). On the other hand, for reception, 1, 2, 3,.
6. The reception directivity is sequentially changed in the direction of 6.
Reception is performed with a delay of t seconds and at intervals of Δt. Alternatively, when the movement of the living body is so fast that an image shift occurs between the middle areas 12 and 13, the transmission and reception order is set to 1,
2,3,4,13,14,22,5,6,8,14
・ The order may be as described above, and the order is not limited.

【0087】次に、このような3次元走査を実現する2
次元アレイについて説明する。図15は縦10mm、横
10mmの中に0.32mm間隔で31×31の振動素
子が配列されてなる2次元アレイ振動子を示す図であ
る。超音波の中心周波数は2.5MHzとする。前記振
動素子のピッチは、既に述べた距離50mmで70mm
×70mmのX−Y平面を走査する場合に、端部を走査
してもグレーティングローブが生じないという条件に基
づいて設定されている。ここで、合計961素子のそれ
ぞれに従来の超音波診断装置のように送受信回路を対応
させれば、極めて大規模の回路構成となってしまうた
め、すべての振動素子を用いずに選択的に使用するいわ
ゆるスパースアレイ方式が採用されている。
Next, a method 2 for realizing such three-dimensional scanning is described.
The dimensional array will be described. FIG. 15 is a diagram showing a two-dimensional array vibrator in which 31 × 31 vibrating elements are arranged at intervals of 0.32 mm within 10 mm length and 10 mm width. The center frequency of the ultrasonic wave is 2.5 MHz. The pitch of the vibrating element is 70 mm at a distance of 50 mm already described.
When scanning the XY plane of × 70 mm, it is set based on the condition that the grating lobe does not occur even if the edge is scanned. Here, if a transmission / reception circuit is made to correspond to each of a total of 961 elements as in a conventional ultrasonic diagnostic apparatus, an extremely large-scale circuit configuration is obtained. A so-called sparse array method is adopted.

【0088】図14は、送信および受信において121
本の振動子を用いた場合の各々の振動子の配置法につい
て示したものであり、送信振動子はX方向、Y方向とも
1つ間隔で11×11の振動子を中心に配列し、一方、
受信振動子はX方向、Y方向とも2つ間隔で同じく11
×11の振動子をその中心が送信振動子群の中心とほぼ
一致するように配置する。この配置法については、送受
での総合音場において画像のSN劣化あるいはアーチフ
ァクト発生の原因となるサイドローブやグレーティング
ローブがあまり生じないような配置がなされている。ま
た、送信の口径が受信よりも小さくなっているのは、受
信ダイナミック集束時に送信集束はやや弱めの方が望ま
しいため、あるいは肋骨間から超音波ビームを入射させ
るような場合には送信口径が大きい場合、プローブと肋
骨との間で多重反射が生じ、プローブ近傍にアーチファ
クトが表示され易いためである。
FIG. 14 shows the transmission and reception in 121
This figure shows a method of arranging each of the vibrators when using two vibrators. The transmitting vibrators are arranged around an 11 × 11 vibrator at an interval in the X and Y directions. ,
The receiving transducers are also spaced at two intervals in both the X and Y directions,
The x11 vibrator is arranged such that its center substantially coincides with the center of the transmitting vibrator group. In this arrangement, the arrangement is such that side lobes and grating lobes which cause deterioration of the SN of an image or the occurrence of artifacts in a total sound field during transmission and reception are not generated. In addition, the transmission aperture is smaller than the reception because the transmission focusing is preferably slightly weaker during the reception dynamic focusing, or the transmission aperture is large when an ultrasonic beam is incident from between the ribs. In this case, multiple reflection occurs between the probe and the rib, and an artifact is easily displayed near the probe.

【0089】図16は送受総合の指向特性を示すグラフ
であり、サイドローブレベルは極めて小さく、十分実用
可能な特性である。このときの走査面X−YでのX方向
の超音波のビーム幅ΔXは、ΔX=λR/Dによって表
される(あるいはY方向のビーム幅ΔYも同様であ
る)。ただし、λは超音波波長であり2.5MHzの場
合には0.6mm、Rは走査面のプローブからの距離、
Dは振動子配列の全長(口径)であり、この場合、それ
ぞれ50mm、10mmであるからΔXは3mmとな
る。したがって既述の走査面での走査ピッチがΔXの1
/2の1.5mmは妥当な値であることがわかる。な
お、送受信はΔt間隔でその指向性を変えながら行う
が、その各々の送受信において並列同時送受信が行われ
ることにより、2304方向の走査を短時間のうちに行
うことができる。
FIG. 16 is a graph showing the directional characteristics of the total transmission and reception. The side lobe level is extremely small, and is a sufficiently practicable characteristic. At this time, the beam width ΔX of the ultrasonic wave in the X direction on the scanning plane XY is represented by ΔX = λR / D (or the same applies to the beam width ΔY in the Y direction). Here, λ is the ultrasonic wavelength, 0.6 mm in the case of 2.5 MHz, R is the distance of the scanning surface from the probe,
D is the total length (diameter) of the transducer array. In this case, since they are 50 mm and 10 mm, respectively, ΔX is 3 mm. Therefore, the scanning pitch on the above-described scanning plane is ΔX of 1
It turns out that 1.5 mm of / 2 is a proper value. The transmission and reception are performed while changing the directivity at intervals of Δt, and the parallel simultaneous transmission and reception is performed in each transmission and reception, so that scanning in 2304 directions can be performed in a short time.

【0090】次にフレーム数について述べる。深さ方向
に4分割した場合の各領域の厚みΔSを20mm、音速
を1500m/sとすれば、生体内での残響(多重ほ
か)を考慮し多少余裕を持たせたとしても送信間隔Δt
は50μsecほどあればよい。したがって、中領域の
576の部分において送信および受信を行うのに要する
時間は約30msecとなり、毎秒表示可能な画像枚数
(フレーム数)は35フレームとなる。すなわち、本発
明のゲート交互走査法と並列同時受信方式の採用により
画素数2304からなる3次元画像を毎秒35フレーム
のレートでリアルタイム画像として表示できる。
Next, the number of frames will be described. Assuming that the thickness ΔS of each region when divided into four in the depth direction is 20 mm and the sound speed is 1500 m / s, the transmission interval Δt is set even if some margin is given in consideration of reverberation (multiplexing etc.) in a living body.
Should be about 50 μsec. Therefore, the time required for transmission and reception in the portion 576 of the middle area is about 30 msec, and the number of images (number of frames) that can be displayed per second is 35 frames. That is, by employing the gate alternate scanning method and the parallel simultaneous reception method of the present invention, a three-dimensional image having 2304 pixels can be displayed as a real-time image at a rate of 35 frames per second.

【0091】本発明のゲート交互走査法と並列同時送受
信法を採用したリアルタイム3次元超音波診断装置のよ
り具体的な仕様を表1に示す。この仕様において、送信
及び受信チャンネル数はそれぞれ121としてあり、こ
れは現行の超音波診断装置の送受信チャンネル数128
とほぼ同程度である。
Table 1 shows more specific specifications of the real-time three-dimensional ultrasonic diagnostic apparatus employing the gate alternate scanning method and the parallel simultaneous transmission / reception method of the present invention. In this specification, the number of transmission and reception channels is 121 respectively, which is the number of transmission and reception channels 128 of the current ultrasonic diagnostic apparatus.
And about the same.

【0092】[0092]

【表1】 [Table 1]

【0093】ここで、図17を参照してプローブ内振動
子および初段増幅器、ケーブル、本体の送受信回路部等
の構成について説明する。図14に示したようにスパー
スアレイの2次元アレイ振動子には、(1)送受信で共
通に使用される振動子、(2)送信でのみ使用される振
動子、(3)受信でのみ使用される振動子、(4)使用
されない振動子の4種類がある。
Here, the configuration of the transducer in the probe, the first-stage amplifier, the cable, the transmission / reception circuit section of the main body and the like will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 14, two-dimensional array transducers of a sparse array include (1) a transducer commonly used in transmission and reception, (2) a transducer used only in transmission, and (3) a transducer used only in reception. There are four types of vibrators that are used and (4) vibrators that are not used.

【0094】図17(a)は送受信用振動子に接続され
る送受信回路の構成を示しており、図17(b)は1対
の送信および受信振動子に接続される送受信回路の構成
を示している。
FIG. 17A shows the configuration of a transmitting / receiving circuit connected to a transmitting / receiving vibrator, and FIG. 17B shows the configuration of a transmitting / receiving circuit connected to a pair of transmitting and receiving vibrators. ing.

【0095】送受信兼用振動子50−1は本体側のパル
サ51−1からの振動子駆動信号をケーブル58−1、
さらにダイオード154を介して入力する。このとき、
本体側のプリアンプ53−1はリミッタ回路52−1に
よって保護され、またプローブ内のインピーダンス変換
器(バッファアンプ)56−1もダイオード2(55)
とダイオード3(57−1)によって保護される。
The transmitting / receiving vibrator 50-1 transmits the vibrator drive signal from the pulsar 51-1 on the main body side to the cable 58-1.
Further, an input is made via a diode 154. At this time,
The preamplifier 53-1 on the main body side is protected by a limiter circuit 52-1. The impedance converter (buffer amplifier) 56-1 in the probe is also a diode 2 (55).
And diode 3 (57-1).

【0096】一方、受信時においては振動子50−1か
らの微小な受信信号は、バイアス電圧によって導通状態
になっているダイオード2(55)を通過し、されにイ
ンピーダンス変換器56−1によって低出力インピーダ
ンスにて出力され、ダイオード3(57−1)、ケーブ
ル58−1、リミッタ回路52−1を介して本体内のプ
リアンプ53−1に供給される。
On the other hand, at the time of reception, a minute reception signal from the vibrator 50-1 passes through the diode 2 (55) which is in a conductive state due to the bias voltage, and is further reduced by the impedance converter 56-1. The signal is output at the output impedance and supplied to the preamplifier 53-1 in the main body via the diode 3 (57-1), the cable 58-1, and the limiter circuit 52-1.

【0097】一対の送信用振動子50−2には、本体側
のパルサ51−2からの振動子駆動信号がケーブル58
−2を介して直接供給される。このとき、本体側のプリ
アンプ53−2はリミッタ回路52−2によって保護さ
れ、また受信用振動子50−3に接続されたプローブ内
のインピーダンス変換器(バッファアンプ)56−2は
ダイオード3(57−2)によって保護される。
The pair of transmitting transducers 50-2 receives the transducer driving signal from the pulsar 51-2 on the main body side through the cable 58.
-2 directly. At this time, the preamplifier 53-2 on the main body side is protected by the limiter circuit 52-2, and the impedance converter (buffer amplifier) 56-2 in the probe connected to the receiving transducer 50-3 is connected to the diode 3 (57). -2).

【0098】一方、受信時においては前記送信用振動子
50−2と対になるように予め設定された受信用振動子
50−3からの微小な受信信号は、直接インピーダンス
変換器56−2によって低出力インピーダンスにて出力
され、ダイオード3(57−2)、ケーブル58−2、
リミッタ回路52−2を介して本体内のプリアンプ53
−2に供給される。
On the other hand, at the time of reception, a minute reception signal from the receiving oscillator 50-3 set in advance so as to be paired with the transmitting oscillator 50-2 is directly converted by the impedance converter 56-2. Output at low output impedance, diode 3 (57-2), cable 58-2,
The preamplifier 53 in the main body via the limiter circuit 52-2
-2.

【0099】2次元アレイのように振動素子の面積が小
さくなると、振動子の電気的インピーダンスは高くな
る、このため振動子をケーブルに直接接続すると周波数
特性や利得が著しく劣化する。したがって本実施形態の
ようにプローブの中にインピーダンス変換器を収納し、
受信信号の出力インピーダンスを低くしてケーブルに出
力することが重要となる。この実施形態のように送受信
信号が一対にまとめられていることにより、たとえ送信
と受信の振動子が異なっていても信号ケーブル本数は従
来並の121本にすることができ、操作性にすぐれた2
次元アレイプローブを実現することができる。
When the area of the vibrating element is reduced as in a two-dimensional array, the electrical impedance of the vibrator increases. Therefore, when the vibrator is directly connected to a cable, the frequency characteristics and the gain are significantly deteriorated. Therefore, the impedance converter is housed in the probe as in the present embodiment,
It is important to reduce the output impedance of the received signal and output it to the cable. Since the transmission and reception signals are grouped as a pair as in this embodiment, even if the transducers for transmission and reception are different, the number of signal cables can be 121, which is the same as the conventional one, and the operability is excellent. 2
A dimensional array probe can be realized.

【0100】以上説明した本実施形態によれば、現行の
超音波診断装置をベースにする場合であっても、3次元
表示用のソフトウェア及びハードウェアや、超音波送受
信の遅延時間制御用ソフトの追加はあるものの、大幅な
回路の変更は必要なく、従来の超音波診断装置とほぼ同
程度の回路規模及び価格によってリアルタイム3次元表
示能を有する超音波診断装置を実現することができる。
しかも、従来の超音波診断装置による断層像表示との両
立性も確保できる。つまり、新しい2次元アレイプロー
ブを装着することによって新しい3次元画像のみなら
ず、従来の2次元画像も同一のプローブで得られる。ま
た、このとき得られる2次元画像と3次元画像とを組み
合わせて表示させることも可能である。また、2次元画
像のみを得る場合には装置本体は同一のものを使用し、
専用のプローブを装着すればSN比と分解能に優れた画
像を得ることもできる。さらに、探触子形状を従来プロ
ーブに対し大幅に変更させる必要が無いため操作性にも
優れたプローブを実現することができる。
According to the present embodiment described above, even when the present ultrasonic diagnostic apparatus is used as a base, software and hardware for three-dimensional display and software for delay time control of ultrasonic transmission and reception are used. Although there are additions, no significant circuit changes are required, and an ultrasonic diagnostic apparatus having a real-time three-dimensional display capability can be realized with a circuit size and price substantially equal to those of a conventional ultrasonic diagnostic apparatus.
In addition, compatibility with tomographic image display by the conventional ultrasonic diagnostic apparatus can be ensured. That is, by mounting a new two-dimensional array probe, not only a new three-dimensional image but also a conventional two-dimensional image can be obtained with the same probe. It is also possible to display the two-dimensional image and the three-dimensional image obtained at this time in combination. Also, when obtaining only a two-dimensional image, use the same apparatus body,
If a dedicated probe is attached, an image with excellent SN ratio and resolution can be obtained. Furthermore, since it is not necessary to change the probe shape significantly compared to the conventional probe, a probe excellent in operability can be realized.

【0101】なお上記実施形態においては、心臓のよう
な動きの速い臓器を観察する場合について説明したが、
腹部や産科などの3次元表示においても本発明は有効で
ある。この場合、フレーム数は心臓用の半分(毎秒15
フレーム)とすれば十分であり、ゲート交互走査法の
み、あるいは並列同時送受信法のみを用いるように構成
しても良い。このような構成であっても臨床サイドから
要求される性能を満たす場合がある。
In the above embodiment, the case where a fast-moving organ such as the heart is observed has been described.
The present invention is also effective in three-dimensional display such as abdomen and obstetrics. In this case, the number of frames is half that for the heart (15 per second).
Frame), it is sufficient to use only the gate alternate scanning method or only the parallel simultaneous transmission / reception method. Even with such a configuration, the performance required from the clinical side may be satisfied.

【0102】(第2実施形態)第2の実施形態は、上記
リアルタイム三次元超音波診断装置における3次元画像
の表示方法に関する。
(Second Embodiment) The second embodiment relates to a method for displaying a three-dimensional image in the real-time three-dimensional ultrasonic diagnostic apparatus.

【0103】ここでは図18に示すように中空の球殻の
中に円錐形の突起物があるようなモデル(ファントム)
を用いて3次元表示を行う場合について説明する。
Here, as shown in FIG. 18, a model in which a hollow spherical shell has a conical projection (phantom)
A case in which three-dimensional display is performed using will be described.

【0104】既に述べた3次元走査によって、3次元の
画像データが装置内のメモリ回路に記憶される。したが
って、メモリ回路に記憶された3次元の画像データの再
構成の仕方によって、観察方向を自由に設定して3次元
表示を行うことが可能となる。
By the above-described three-dimensional scanning, three-dimensional image data is stored in a memory circuit in the apparatus. Therefore, it is possible to freely set the observation direction and perform three-dimensional display according to the manner of reconstructing the three-dimensional image data stored in the memory circuit.

【0105】図18に示すモデルのように、閉じられた
空間の中の被観察物(例えば心臓)を表示させるために
は、カッティングプレーンを設定してやる必要がある。
図18(a),(b),(c)はそれぞれ前方のカッテ
ィングプレーンの位置を変え、しかも観察方向を斜め上
方にして再構成した3次元画像をそれぞれ模式的に示し
ている。これらカッティングプレーンの位置は、データ
収集時にゲート回路のデータ収集開始時(例えば図1の
領域cの前端)に設定してもよいが、データを取り込ん
だ後に観測者からの指示に従って新たに設定するように
してもよい。
In order to display an object (eg, heart) in a closed space as in the model shown in FIG. 18, it is necessary to set a cutting plane.
FIGS. 18A, 18B, and 18C schematically show three-dimensional images reconstructed by changing the position of the front cutting plane and obliquely upward in the observation direction. The positions of these cutting planes may be set at the start of data collection of the gate circuit at the time of data collection (for example, at the front end of the area c in FIG. 1), but are newly set according to instructions from the observer after data is captured. You may do so.

【0106】またカッティングプレーンの位置は、必要
に応じて観測者が自由に、しかもほぼリアルタイムで設
定が可能である。また図18では斜め上方からの観測に
ついて示したが真上からの観測が診断に好適な場合もあ
り、このような場合にも容易に対応可能である。さら
に、カッティングプレーンは水平である必要はなく、任
意の方向、又は任意の角度でその面を設定することも可
能である。さらに、図19に示すように、カッティング
プレーンを前端と後端とにそれぞれ設定してやれば、上
方(あるいは斜め上方)から観測した3次元画像と下方
(あるいは図のように斜め下方)から観測した3次元画
像とを同時に観察することも可能である。
The position of the cutting plane can be freely set by the observer as needed and almost in real time. FIG. 18 shows observation from obliquely above, but observation from directly above may be suitable for diagnosis in some cases, and such a case can be easily dealt with. Further, the cutting plane does not need to be horizontal, and its plane can be set in any direction or at any angle. Further, as shown in FIG. 19, if the cutting plane is set at the front end and the rear end, respectively, the three-dimensional image observed from above (or obliquely above) and the three-dimensional image observed from below (or obliquely below as shown in FIG. 19). It is also possible to observe a two-dimensional image at the same time.

【0107】なお、リアルタイム性と分解能を確保する
ため、リアルタイム表示を行う関心領域の大きさを従来
よりも小さくする場合がある。この場合、関心領域を決
定するためのオリエンテーリングが困難な場合が考えら
れる。この様な場合には同一のプローブを用い、走査間
隔を本検査時より粗くした事前の走査によってまず全体
像をとらえた上で、高画質な3次元画像を得る領域を決
定するか、あるいは図20に示すように同一の2次元ア
レイプローブを用いて、まず従来の断層像を観測して、
関心領域の位置を確認した後に3次元モードに移行させ
れば良い。
Incidentally, in order to secure real-time performance and resolution, the size of the region of interest for real-time display may be smaller than before. In this case, orienteering for determining the region of interest may be difficult. In such a case, the same probe is used, and the whole image is first captured by pre-scanning in which the scanning interval is made coarser than that at the time of the main inspection, and then a region for obtaining a high-quality three-dimensional image is determined. First, a conventional tomographic image is observed using the same two-dimensional array probe as shown in FIG.
After confirming the position of the region of interest, the mode may be shifted to the three-dimensional mode.

【0108】(第3実施形態)第3実施形態は、カラー
ドップラにおける低流速検出能の改善を図った超音波診
断装置に関する。
(Third Embodiment) The third embodiment relates to an ultrasonic diagnostic apparatus for improving the low flow velocity detection capability of a color Doppler.

【0109】既に述べたように、冠状動脈あるいは腹部
血管では血流速が遅く血管壁や血管周辺の臓器からの信
号(クラッタ信号)との流速差が顕著とはならないた
め、両者のスペクトルを確実に分離するためには周波数
分解能の優れたMTIフィルタが要求される。この周波
数分解能はデータ数(すなわち同一方向の走査回数)に
比例し、例えば走査回数が2倍になればフィルタの肩特
性が2倍急峻となる。
As described above, in the coronary artery or abdominal blood vessel, the blood flow velocity is slow, and the flow velocity difference from the signal (clutter signal) from the blood vessel wall and the organs around the blood vessel does not become remarkable. In order to separate the MTI filters, an MTI filter having excellent frequency resolution is required. This frequency resolution is proportional to the number of data (ie, the number of scans in the same direction). For example, if the number of scans is doubled, the shoulder characteristic of the filter becomes twice as steep.

【0110】心臓の冠状動脈の血流計測に基づく虚血状
態の診断を行おうとする場合、冠状動脈の走行している
所定の範囲での診断部位の観察が行えれば良いからゲー
ト交互走査法が適用できる。すなわち、ゲート交互走査
法によれば所定の領域において単位時間あたりの走査回
数を従来より2〜4倍増加することができるため、画像
のフレーム数を犠牲にすることなくフィルタの周波数分
解能を改善することができ、低流速検出能を飛躍的に改
善できる。
When diagnosing an ischemic condition based on the measurement of blood flow in the coronary artery of the heart, it is sufficient to observe a diagnostic site within a predetermined range in which the coronary artery is running. Can be applied. That is, according to the gate alternating scanning method, the number of scans per unit time in a predetermined area can be increased by 2 to 4 times as compared with the conventional case, so that the frequency resolution of the filter is improved without sacrificing the number of image frames. And the ability to detect low flow rates can be dramatically improved.

【0111】なお、以上説明した実施形態において送受
信ビームの集束については特に触れなかったが、送信時
においては観測部位(例えば図1では領域c)に集束点
を設定し、また受信時においては従来の超音波診断装置
と同様に、いわゆるダイナミック集束法を適用すること
が望ましい。
In the above-described embodiment, the focusing of the transmitting and receiving beams is not particularly described. However, a focusing point is set at an observation site (for example, a region c in FIG. 1) at the time of transmission, and the conventional method is used at the time of reception. It is desirable to apply a so-called dynamic focusing method as in the case of the ultrasonic diagnostic apparatus.

【0112】また、上述したゲート交互走査法や並列同
時送受信法、さらにはプローブの発熱低減法は、目的に
応じて各々独立に用いてもよい。例えばプローブ発熱の
問題は従来の超音波断層像を得る装置においても既に顕
在化している問題であり、本発明を用いることによって
改善することができる。
The above-described gate alternate scanning method, parallel simultaneous transmission / reception method, and method of reducing the heat generation of the probe may be used independently according to the purpose. For example, the problem of probe heating is a problem that has already become apparent even in a conventional apparatus for obtaining an ultrasonic tomographic image, and can be improved by using the present invention.

【0113】また、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず種々変形して実施可能である。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be implemented with various modifications.

【0114】[0114]

【発明の効果】以上説明したように本発明の超音波診断
装置によれば、所定の制限された領域からの超音波画像
を得ることにより、回路規模を増大することなく単位時
間当たりの走査回数を大幅に増加させることができる。
このため、特に1枚の画像を得るために多くの走査を必
要とする3次元画像表示や、低流速検出能に基づくカラ
ードップラ表示等におけるリアルタイム表示を比較的容
易に実現可能となる。
As described above, according to the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention, by obtaining an ultrasonic image from a predetermined limited area, the number of scans per unit time can be increased without increasing the circuit scale. Can be greatly increased.
Therefore, it is possible to relatively easily realize a real-time display such as a three-dimensional image display requiring a large number of scans in order to obtain one image, and a color Doppler display based on a low flow rate detection capability.

【0115】また、同一のフレーム数と同一の走査線密
度を確保したままで同一部位を2倍から4倍程度多く走
査することができるため、血流の低速度検出能が飛躍的
に向上し、これまで困難とされていた冠状動脈末端にお
ける血流観測などが可能になる。しかも、本発明の超音
波診断装置は従来構成の装置を大幅に変更することなく
実現できる。
Further, since the same portion can be scanned about twice to four times more while maintaining the same number of frames and the same scanning line density, the low-speed blood flow detection ability is dramatically improved. This makes it possible to observe blood flow at the distal end of the coronary artery, which has been difficult until now. Moreover, the ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention can be realized without significantly changing the conventional apparatus.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】心臓の僧坊弁あるいはその周辺部の形状や運動
機能を診断する場合の走査法を説明するための図。
FIG. 1 is a diagram for explaining a scanning method when diagnosing the shape and motor function of a mitral valve of a heart or a peripheral portion thereof.

【図2】セクタ電子走査型の超音波診断装置の概略構成
を示すブロック図。
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a sector electronic scanning type ultrasonic diagnostic apparatus.

【図3】リニアアレイ超音波プローブの構成を示す斜視
断面図。
FIG. 3 is a perspective sectional view showing a configuration of a linear array ultrasonic probe.

【図4】ドップラ信号およびクラッタ信号のスペクトル
を示すグラフ。
FIG. 4 is a graph showing spectra of a Doppler signal and a clutter signal.

【図5】並列同時受信法を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a parallel simultaneous reception method.

【図6】ゲート交互走査法の原理を説明するためのタイ
ミングチャート。
FIG. 6 is a timing chart for explaining the principle of the alternate gate scanning method.

【図7】並列同時送受信法を示す図。FIG. 7 is a diagram showing a parallel simultaneous transmission / reception method.

【図8】並列同時送受信法における送信遅延時間を示す
図。
FIG. 8 is a diagram showing a transmission delay time in the parallel simultaneous transmission / reception method.

【図9】並列同時送受信法の送信系の第1の構成例を示
す図。
FIG. 9 is a diagram illustrating a first configuration example of a transmission system of a parallel simultaneous transmission / reception method.

【図10】並列同時送受信法の送信系の第2の構成例を
示す図。
FIG. 10 is a diagram showing a second configuration example of the transmission system of the parallel simultaneous transmission / reception method.

【図11】発熱対策を講じた場合の構成を示すブロック
図。
FIG. 11 is a block diagram showing a configuration in a case where measures against heat generation are taken.

【図12】発熱対策の原理を説明するためのタイミング
チャート。
FIG. 12 is a timing chart for explaining the principle of measures against heat generation.

【図13】48×48の微小領域から構成された走査領
域を示す図。
FIG. 13 is a diagram showing a scanning area composed of 48 × 48 minute areas.

【図14】スパースアレイを示す図。FIG. 14 is a view showing a sparse array.

【図15】2次元アレイ振動子及びその走査面を示す
図。
FIG. 15 is a diagram showing a two-dimensional array transducer and its scanning plane.

【図16】送受総合の指向特性を示すグラフ。FIG. 16 is a graph showing overall directional characteristics of transmission and reception.

【図17】スパースアレイに係るプローブ内振動子およ
び初段増幅器、ケーブル、本体の送受信回路部等の構成
を示すブロック図。
FIG. 17 is a block diagram showing a configuration of a transducer in a probe, a first-stage amplifier, a cable, a transmission / reception circuit unit of a main body and the like according to a sparse array.

【図18】中空の球殻の中に円錐形の突起物があるよう
なモデル(ファントム)を用いて3次元表示を行う場合
の説明図。
FIG. 18 is an explanatory diagram of a case where three-dimensional display is performed using a model (phantom) in which a conical protrusion is present in a hollow spherical shell.

【図19】カッティングプレーンを前端と後端とにそれ
ぞれ設定した場合の3次元画像を示す図。
FIG. 19 is a diagram illustrating a three-dimensional image when a cutting plane is set at a front end and a rear end.

【図20】同一の2次元アレイプローブを用いた場合の
2次元及び3次元の走査領域を示す図。
FIG. 20 is a diagram showing two-dimensional and three-dimensional scanning areas when the same two-dimensional array probe is used.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…送信レート信号発生器 2…送信遅延回路 3…駆動回路(パルサ) 4…超音波振動子 5…プリアンプ 7…加算器 8…対数増幅器 9…検波回路 10…A/D変換器 11…画像メモリ 12…D/A変換器 13…テレビモニタ 14…ミキサ 15…π/2位相器 16…ローパスフィルタ 17…A/D変換器 18…FFT回路 19…演算器 20…基準信号発生器 21…遅延時間制御回路 22…MTIフィルタ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Transmission rate signal generator 2 ... Transmission delay circuit 3 ... Drive circuit (pulsar) 4 ... Ultrasonic transducer 5 ... Preamplifier 7 ... Adder 8 ... Logarithmic amplifier 9 ... Detection circuit 10 ... A / D converter 11 ... Image Memory 12: D / A converter 13: TV monitor 14: Mixer 15: π / 2 phase shifter 16: Low-pass filter 17: A / D converter 18: FFT circuit 19: Arithmetic unit 20: Reference signal generator 21: Delay Time control circuit 22 ... MTI filter

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 配列された複数個の超音波振動子から構
成され、超音波ビームの送信及びその反射波の受信を行
うための超音波プローブと、 所定の方向間隔で順次に方向を変えながら超音波ビーム
を送信する送信手段と、 特定の深さ領域からの反射波が前記超音波振動子に到達
する期間においてのみ、当該反射波の元となる送信超音
波ビームとほぼ同一の方向に受信指向性を設定して受信
信号を得る受信手段と、 前記受信手段から得られた受信信号を信号処理して超音
波診断画像を生成する生成手段と、 前記超音波診断画像を表示する表示手段と、 を具備することを特徴とする超音波診断装置。
1. An ultrasonic probe for transmitting an ultrasonic beam and receiving a reflected wave thereof, comprising: a plurality of ultrasonic transducers arranged in a row; and sequentially changing directions at predetermined direction intervals. Transmitting means for transmitting an ultrasonic beam; receiving only in a period during which a reflected wave from a specific depth region reaches the ultrasonic transducer, receiving in substantially the same direction as the transmitted ultrasonic beam that is the source of the reflected wave A receiving unit that sets a directivity to obtain a reception signal, a generation unit that performs signal processing on the reception signal obtained from the reception unit to generate an ultrasonic diagnostic image, and a display unit that displays the ultrasonic diagnostic image An ultrasonic diagnostic apparatus, comprising:
【請求項2】 前記送信手段は、第1の超音波ビームの
送信によって生ずる反射波の全てが前記超音波振動子に
到達する以前に、第2の超音波ビームの送信を行うこと
を特徴とする請求項1に記載の超音波診断装置。
2. The transmitting means transmits a second ultrasonic beam before all reflected waves generated by transmitting the first ultrasonic beam reach the ultrasonic vibrator. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein:
【請求項3】 前記送信手段により送信される超音波ビ
ームの方向間隔は、当該超音波ビームの幅よりも広くす
ることを特徴とする請求項1又は2に記載の超音波診断
装置。
3. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein a direction interval between the ultrasonic beams transmitted by the transmitting unit is wider than a width of the ultrasonic beam.
【請求項4】 前記送信手段により送信される超音波ビ
ームの方向間隔は、当該超音波ビームの受信ビームの幅
よりも広くすることを特徴とする請求項1又は2又は3
に記載の超音波診断装置。
4. The ultrasonic beam transmitted by the transmitting means has a directional interval wider than a width of a received beam of the ultrasonic beam.
An ultrasonic diagnostic apparatus according to item 1.
【請求項5】 前記超音波振動子は2次元に配列されて
成り、前記送信手段により3次元空間の走査が行われる
とともに、 前記受信手段は、特定の深さの3次元領域からの反射波
が前記超音波振動子に到達する期間においてのみ、当該
反射波の元となる送信超音波ビームとほぼ同一の方向に
受信指向性を設定して受信信号を得ることを特徴とする
請求項1乃至4のいずれか一項に記載の超音波診断装
置。
5. The ultrasonic transducer is arranged in a two-dimensional manner, a three-dimensional space is scanned by the transmitting means, and a reflected wave from a three-dimensional area having a specific depth is provided. The reception signal is obtained by setting the reception directivity in substantially the same direction as the transmission ultrasonic beam that is the source of the reflected wave only during the period in which the ultrasonic wave reaches the ultrasonic transducer. 5. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 4.
【請求項6】 前記2次元に配列された超音波振動子の
うち、複数の振動子から構成される振動子群が、送信及
び受信兼用の振動子又は送信専用の振動子又は受信専用
の振動子のいずれかとして用いられることを特徴とする
請求項5に記載の超音波診断装置。
6. A vibrator group comprising a plurality of vibrators among the two-dimensionally arranged ultrasonic vibrators is a vibrator for both transmission and reception, a vibrator dedicated to transmission, or a vibrator dedicated to reception. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 5, wherein the ultrasonic diagnostic apparatus is used as one of a child.
【請求項7】 前記送信専用の振動子群は、前記受信専
用の振動子群よりも前記2次元配列の中心部よりに設け
られることを特徴とする請求項6に記載の超音波診断装
置。
7. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 6, wherein the transmission-only transducer group is provided closer to the center of the two-dimensional array than the reception-only transducer group.
【請求項8】 前記反射波に含まれるドップラ信号を検
出する検出手段をさらに具備し、 前記生成手段は前記検出手段により検出されたドップラ
信号に基づく超音波ドップラ画像を生成すると共に、前
記表示手段は当該超音波ドップラ画像を表示することを
特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の超音
波診断装置。
8. A detecting means for detecting a Doppler signal contained in the reflected wave, wherein the generating means generates an ultrasonic Doppler image based on the Doppler signal detected by the detecting means, and the display means The ultrasonic diagnostic apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the ultrasonic diagnostic apparatus displays the ultrasonic Doppler image.
【請求項9】 配列された複数個の超音波振動子から構
成され、超音波ビームの送信及びその反射波の受信を行
うための超音波プローブと、 所定の方向間隔で順次に方向を変えながら、少なくとも
2方向への超音波ビームをほぼ同時に送信する送信手段
と、 前記超音波振動子により受波された前記超音波ビームの
反射波に基づく受信信号を得る受信手段と、 前記受信手段から得られた受信信号を信号処理して超音
波診断画像を生成する生成手段と、 前記超音波診断画像を表示する表示手段と、 を具備することを特徴とする超音波診断装置。
9. An ultrasonic probe for transmitting an ultrasonic beam and receiving a reflected wave thereof, comprising an arrayed plural ultrasonic transducers, and sequentially changing directions at predetermined direction intervals. Transmitting means for transmitting ultrasonic beams in at least two directions substantially simultaneously; receiving means for obtaining a reception signal based on a reflected wave of the ultrasonic beam received by the ultrasonic vibrator; An ultrasonic diagnostic apparatus comprising: a generating unit that performs signal processing on the received signal to generate an ultrasonic diagnostic image; and a display unit that displays the ultrasonic diagnostic image.
【請求項10】 前記送信手段は、レート信号を発生す
るレート信号発生手段と、 前記レート信号に対し各々が異なる遅延時間を与える、
少なくとも2つの送信遅延手段と、 前記各々の送信遅延手段からのレート信号を加算して出
力する加算手段と、 前記加算手段の出力に基づいて駆動パルスを形成し、当
該駆動パルスを印加することによって前記超音波振動子
を駆動する駆動手段と、 によって構成されることを特徴とする請求項9に記載の
超音波診断装置。
10. The transmitting means comprises: a rate signal generating means for generating a rate signal; and each of the transmitting means giving a different delay time to the rate signal.
At least two transmission delay units, an addition unit that adds and outputs a rate signal from each of the transmission delay units, a driving pulse is formed based on an output of the addition unit, and the driving pulse is applied. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 9, comprising: a driving unit that drives the ultrasonic vibrator.
【請求項11】 前記送信手段は、 レート信号を発生するレート信号発生手段と、 前記レート信号に対し各々が異なる遅延時間を与える、
少なくとも2つの送信遅延手段と、 前記送信遅延手段に対応して設けられ、各々の送信遅延
手段からのレート信号を読み出しタイミングとする所定
のディジタル波形データを記憶する記憶手段と、 前記記憶手段から読み出された各々のディジタル波形デ
ータを加算演算するディジタル加算手段と、 前記ディジタル加算手段からの出力をディジタル信号か
らアナログ信号に変換する変換手段と、 前記変換手段からのアナログ信号を増幅する増幅手段と
によって構成されることを特徴とする請求項9に記載の
超音波診断装置。
11. The transmitting means comprises: a rate signal generating means for generating a rate signal; and providing different delay times to the rate signal.
At least two transmission delay units, storage units provided corresponding to the transmission delay units, and storing predetermined digital waveform data having timing signals from the respective transmission delay units as read timings; and reading from the storage units. Digital adding means for adding and calculating each of the output digital waveform data; converting means for converting an output from the digital adding means from a digital signal to an analog signal; and amplifying means for amplifying the analog signal from the converting means. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 9, comprising:
【請求項12】 前記受信手段は、前記送信手段により
送信された少なくとも2方向への超音波ビームの反射波
に基づく受信信号を同時に得ることを特徴とする請求項
9又は10又は11のいずれか一項に記載の超音波診断
装置。
12. The reception device according to claim 9, wherein the reception unit simultaneously obtains reception signals based on reflected waves of the ultrasonic beam in at least two directions transmitted by the transmission unit. An ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1.
【請求項13】 前記送信手段は、3次元空間の少なく
とも2方向への超音波ビームをほぼ同時に送信すること
を特徴とする請求項9乃至12のいずれか一項に記載の
超音波診断装置。
13. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 9, wherein said transmitting means transmits ultrasonic beams in at least two directions in a three-dimensional space substantially simultaneously.
【請求項14】 配列された複数個の超音波振動子から
構成され、超音波ビームの送信及びその反射波の受信を
行うための超音波プローブと、所定の方向間隔で順次に
方向を変えながら超音波ビームを送信する送信手段と、
前記超音波振動子により受波された前記超音波ビームの
反射波に基づく受信信号を得る受信手段と、前記受信手
段から得られた受信信号を信号処理して超音波診断画像
を生成する生成手段と、前記超音波診断画像を表示する
表示手段とを具備する超音波診断装置において、 前記超音波振動子を駆動するレートパルスの立ち上がり
時点からの一定期間を除く特定の期間において前記反射
波が継続的に得られているか否かを判定する判定手段
と、 前記判定手段の判定結果に基づいて前記超音波振動子の
駆動電圧を制御する電圧制御手段と、 を具備することを特徴とする超音波診断装置。
14. An ultrasonic probe for transmitting an ultrasonic beam and receiving a reflected wave thereof, comprising: a plurality of ultrasonic transducers arranged in a line; and sequentially changing directions at predetermined direction intervals. Transmitting means for transmitting an ultrasonic beam,
Receiving means for obtaining a received signal based on a reflected wave of the ultrasonic beam received by the ultrasonic transducer, and generating means for performing signal processing on the received signal obtained from the receiving means to generate an ultrasonic diagnostic image And a display unit for displaying the ultrasonic diagnostic image, wherein the reflected wave continues for a specific period excluding a certain period from a rising point of a rate pulse for driving the ultrasonic vibrator. Determining means for determining whether or not the ultrasonic wave is obtained, and voltage control means for controlling a driving voltage of the ultrasonic vibrator based on a result of the determination by the determining means. Diagnostic device.
【請求項15】 配列された複数個の超音波振動子から
構成され、超音波ビームの送信及びその反射波の受信を
行うための超音波プローブと、所定の方向間隔で順次に
方向を変えながら超音波ビームを送信する送信手段と、
前記超音波振動子により受波された前記超音波ビームの
反射波に基づく受信信号を得る受信手段と、前記受信手
段から得られた受信信号を信号処理して超音波診断画像
を生成する生成手段と、前記超音波診断画像を表示する
表示手段とを具備する超音波診断装置において、 前記超音波プローブに生体の一部が接触しているか否か
を検出する検出手段と、 前記検出手段の検出結果に基づいて前記超音波振動子の
駆動電圧を制御する電圧制御手段と、 を具備することを特徴とする超音波診断装置。
15. An ultrasonic probe for transmitting an ultrasonic beam and receiving a reflected wave thereof, comprising: a plurality of ultrasonic transducers arranged in a line; and sequentially changing directions at predetermined direction intervals. Transmitting means for transmitting an ultrasonic beam,
Receiving means for obtaining a received signal based on a reflected wave of the ultrasonic beam received by the ultrasonic transducer, and generating means for performing signal processing on the received signal obtained from the receiving means to generate an ultrasonic diagnostic image And an ultrasonic diagnostic apparatus comprising: a display unit that displays the ultrasonic diagnostic image; a detecting unit that detects whether a part of a living body is in contact with the ultrasonic probe; and a detecting unit that detects the detecting unit. An ultrasonic diagnostic apparatus, comprising: voltage control means for controlling a drive voltage of the ultrasonic transducer based on a result.
【請求項16】 前記検出手段は、赤外線を検出する手
段により構成されることを特徴とする請求項15に記載
の超音波診断装置。
16. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 15, wherein said detecting means is constituted by a means for detecting infrared rays.
【請求項17】 前記検出手段は、静電気を検出する手
段により構成されることを特徴とする請求項15記載の
超音波診断装置。
17. An ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 15, wherein said detecting means comprises means for detecting static electricity.
【請求項18】 2次元に配列された複数個の超音波振
動子から構成され、超音波ビームの送信及びその反射波
の受信を行うための超音波プローブと、所定の方向間隔
で順次に方向を変えながら超音波ビームを送信する送信
手段と、前記超音波振動子により受波された前記超音波
ビームの反射波に基づく受信信号を得る受信手段と、前
記受信手段から得られた受信信号を信号処理して超音波
診断画像を生成する生成手段と、前記超音波診断画像を
表示する表示手段とを具備する超音波診断装置におい
て、 前記送信手段は、少なくとも複数の方向に対する超音波
ビームをほぼ同時に送信し、 前記受信手段は、前記送信手段によりほぼ同時に送信さ
れた複数の方向に対する超音波ビームの反射波を、これ
ら超音波ビームと指向性を同一に設定してほぼ同時に受
信するとともに、特定の深さの3次元領域からの反射波
に基づく受信信号のみを得ることを特徴とする超音波診
断装置。
18. An ultrasonic probe for transmitting an ultrasonic beam and receiving its reflected wave, comprising: a plurality of ultrasonic transducers arranged two-dimensionally; Transmitting means for transmitting an ultrasonic beam while changing the frequency, receiving means for obtaining a received signal based on a reflected wave of the ultrasonic beam received by the ultrasonic transducer, and a received signal obtained from the receiving means In an ultrasonic diagnostic apparatus comprising: signal processing means for generating an ultrasonic diagnostic image, and display means for displaying the ultrasonic diagnostic image, wherein the transmitting means substantially converts the ultrasonic beam in at least a plurality of directions. Transmitting at the same time, The receiving unit sets reflected waves of the ultrasonic beams in a plurality of directions transmitted by the transmitting unit almost simultaneously to have the same directivity as these ultrasonic beams. With URN received simultaneously, the ultrasonic diagnostic apparatus characterized by obtaining only the reception signal based on the reflected wave from the 3-dimensional region of a specific depth.
【請求項19】 前記受信手段により得られた受信信号
に基づき、任意の視線方向又は角度から見た3次元画像
を再構成する画像再構成手段と、 前記3次元画像上にカッティングプレーンを設定する設
定手段と、 前記カッティングプレーンに従って前記画像再構成手段
が再構成する3次元画像の領域を可変とする手段と、 を具備することを特徴とする請求項18に記載の超音波
診断装置。
19. An image reconstructing means for reconstructing a three-dimensional image viewed from an arbitrary line-of-sight direction or angle based on a reception signal obtained by the receiving means, and setting a cutting plane on the three-dimensional image. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 18, further comprising: a setting unit; and a unit configured to change a region of the three-dimensional image reconstructed by the image reconstructing unit according to the cutting plane.
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