JP2015006249A - 超音波診断装置及び超音波プローブ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】超音波診断装置は、超音波プローブと、受信部と、選択部と、クロック制御部とを有する。超音波プローブは、複数の超音波振動子を備え、被検体へ超音波を送信し、被検体からの反射波を受信する。受信部は、複数の受信経路に対応して、超音波プローブからの入力に信号処理を施す信号処理部を備え、反射波に基づく受信信号を超音波の焦点位置ごとに逐次求める。選択部は、受信経路を選択する。クロック制御部は、選択部により選択された受信経路に対応した信号処理部へクロック信号を出力し、選択部により選択されない受信経路に対応した信号処理部へのクロック信号の出力を停止する。
【選択図】図2
Description
[構成]
図1は、第1の実施形態に係る超音波診断装置の構成を表すブロック図である。超音波診断装置は、本体部1と、超音波プローブ2と、表示部3と、操作部4とを有する。本体部1は、送信部5と、受信部6と、画像生成部7と、表示制御部8と、システム制御部9とを有する。
送信部5は、超音波プローブ2に電気信号を供給して超音波を発生させる。送信部5は、図示しない送信遅延回路及びパルサ回路を有する。送信遅延回路は、超音波の送信時に遅延を掛けて送信フォーカスを実施する。パルサ回路は、各超音波振動子23に対応した送信経路(送信チャンネル)の数に応じたパルサを備え、遅延が掛けられた送信タイミングで駆動パルスを発生し、超音波プローブ2の各超音波振動子23に供給する。
受信部6は、複数の受信経路(受信チャンネル)に対応して、超音波プローブ2からの入力に信号処理を施す信号処理部12を備え、反射波に基づく受信信号を超音波の焦点位置ごとに逐次求める。図2は、受信部の構成を表すブロック図である。受信部6は、A/D変換部10と、直交検波部11と、信号処理部12と、加算部13と、選択部と、クロック部とを有する。また、受信経路とは、超音波プローブ2に備えられた超音波振動子23ごとに設けられた信号路である。
A/D変換部10は、受信経路ごとに設けられる。A/D変換部10は、超音波振動子23からのアナログのエコー信号を受け、デジタルのエコー信号に変換し、直交検波部11へ出力する。
直交検波部11は、受信経路ごとに設けられる。直交検波部11は、予め設定された出力レートに基づいて、A/D変換部10からのデジタルのエコー信号をサンプリングし、受信中心周波数を周波数変換する。このとき、直交検波部11は、一方と他方とで90度位相がずれた2つのサンプリングタイミングに基づいてデジタルのエコー信号をサンプリングする。それにより、直交検波部11は、変換された周波数のI(In‐phase)信号及びQ(Quadrature)信号それぞれのエコー信号を求め、信号処理部12へ出力する。
信号処理部12は、受信経路ごとに設けられる。信号処理部12は、受信経路を介して超音波振動子23からのエコー信号をそれぞれ受信する。信号処理部12は、受けたエコー信号に遅延時間を付与する。また、信号処理部12は、当該受信チャンネルが担う受信開口中の位置により決まる重み係数を、エコー信号に乗ずる。例えば信号処理部12は、FIFO(First In First Out)メモリ14と、遅延算出部15と、補間部16と、位相回転部17と、開口重み係数乗算部18とを有する。信号処理部12は、クロック信号を受けて動作する論理素子によって構成される。
FIFOメモリ14は、直交検波部11からのエコー信号を受け、記憶する。
遅延算出部15は、所定の焦点と当該受信経路に対応する超音波振動子23との距離に基づいて、当該受信経路における遅延時間を算出する。遅延算出部15は、算出した遅延時間を補間部16へ出力する。なお、遅延算出部15は、算出した遅延時間を位相回転部17へも出力する。
補間部16は、遅延算出部15からの遅延時間に基づいて、FIFOメモリ14からの読み出しアドレスを決定する。補間部16は、決定した読み出しアドレスからI信号及びQ信号それぞれを読み出す。補間部16は、読み出したI信号及びQ信号それぞれについて、サンプリングの間の信号を補間する。補間部16は、補間したI信号及びQ信号のそれぞれを位相回転部17へ出力する。
位相回転部17は、当該受信経路における遅延時間に基づいて、補間部16からのI信号及びQ信号のそれぞれについて、他の受信経路のエコー信号との位相合わせを行う。ここで、位相回転部17は、遅延算出部15から遅延時間を受けて所定の焦点と当該受信経路に対応する超音波振動子23との距離を算出する。位相回転部17は、位相を合わせたI信号及びQ信号のそれぞれを開口重み係数乗算部18へ出力する。
開口重み係数乗算部18は、当該受信経路についての開口重み係数の設定を開口制御部から受ける。また、開口重み係数乗算部18は、位相回転部17からのI信号及びQ信号のそれぞれに設定された開口重み係数を乗算し、加算部13へ出力する。
加算部13は、開口重み係数乗算部18それぞれから出力されたI信号を受け、受けた全ての受信経路のI信号を加算する。加算部13は、加算したI信号を受信信号として画像生成部7へ出力する。また、加算部13は、開口重み係数乗算部18それぞれから出力されたQ信号を受け、受けた全ての受信経路のQ信号を加算する。加算部13は、加算したQ信号を受信信号として画像生成部7へ出力する。
選択部は、受信経路を選択する。選択部は、開口選択部19と選択判定部20とを有して構成される。このとき、開口選択部19は、焦点位置と超音波振動子23とを関連付けた開口情報を予め記憶し、開口情報に基づいて、焦点位置ごとに受信経路を逐次選択する。このとき、開口選択部19は、受信信号を求める焦点位置を表す制御信号をシステム制御部9から逐次受け、焦点位置についての開口範囲に含まれた超音波振動子23に対応して受信経路を逐次選択する。
選択判定部20は、受信経路ごとに設けられる。選択判定部20は、選択した受信経路を表す制御信号を開口選択部19から受けたとき、選択されたことを表す選択信号を当該受信経路の信号処理部12のクロック制御部22へ出力する。
クロック部は、クロック発生部21とクロック制御部22とを有して構成される。
クロック発生部21は、クロック信号を発生し、各クロック制御部22へ出力する。このクロック信号のクロック周波数は予め設定されてよい。
クロック制御部22は、選択部により選択された受信経路に対応した信号処理部12へクロック信号を出力し、選択部により選択されない受信経路に対応した信号処理部12へのクロック信号の出力を停止する。例えば、クロック制御部22は、各信号処理部12における信号処理工程ごとに設けられ、信号処理工程ごとにクロック信号の出力タイミングを制御する。例えば信号処理工程としては、遅延算出部15による遅延時間の算出、補間部16による補間、及び位相回転部17による位相合わせが該当する。クロック制御部22は、選択判定部20から選択信号を受けたとき、クロック信号の出力タイミングを信号処理工程ごとに制御してクロック発生部21からのクロック信号を出力する。このとき、クロック制御部22は、当該受信経路について算出された遅延時間、信号処理工程ごとの処理時間に基づいて出力タイミングを制御する。
画像生成部7は、Bモード処理部を有する。Bモード処理部は受信部6から受信信号を受け、受信信号の振幅の映像化を行う。例えばBモード処理部は、受信信号にバンドパスフィルタ処理を施し、そして信号の包絡線を検波し、検波されたデータに対して対数変換による圧縮処理を施して、被検体の断層像を表す超音波ラスタデータを生成する。
表示制御部8は、超音波画像データを画像生成部7から受け、超音波画像データに基づく超音波画像を表示部3に表示させる。
システム制御部9は、超音波診断装置の各部を制御する。例えば、システム制御部9は、超音波診断装置の各部の機能を実行するためのコンピュータプログラムが記憶されている。システム制御部9は、これらコンピュータプログラムを実行することで、上記機能を実現する。
超音波プローブ2は、複数の超音波診断装置を備え、被検体へ超音波を送信し、被検体からの反射波を受信する。例えば超音波プローブ2には、複数の超音波振動子23が走査方向に1列に配置された1次元アレイプローブ、又は、複数の超音波振動子23が2次元的に配置された2次元アレイプローブが用いられる。
超音波振動子23は、超音波プローブ2に複数設けられる。超音波振動子23は、圧電素子と該発電素子を挟む一対の電極とを含んで構成される。超音波振動子23は、送信部5から電気信号を受け、受けた電気信号に基づく電圧が印加されることによって超音波を発生し、被検体へ超音波を送信する。また、超音波振動子23は、被検体からの反射波を受信し、エコー信号として受信部6へ出力する。
表示部3は、超音波画像を表示する。表示部3は、例えば、CRT(Cathode Ray Tube)やLCD(Liquid Crystal Display)などの表示デバイスで構成される。
操作部4は、ユーザによる操作を受けて、この操作の内容に応じた信号や情報を装置各部に入力する。操作部4は、例えば、キーボード、マウス、タッチパネルなどによって構成される。
図4Aは、この実施形態に係る超音波診断装置の受信回路の動作例を表すタイミングチャートである。また、図4Bは超音波振動子23の一部についての開口情報を表す模式図である。ここでは、図4Bに示す開口情報に基づいて、焦点位置FAについて用いられる超音波振動子23は超音波振動子23Aであり、焦点位置FBについて用いられる超音波振動子23は超音波振動子23A及び超音波振動子23Bであり、焦点位置FCについて用いられる超音波振動子23は超音波振動子23A、超音波振動子23B、及び超音波振動子23Cであるとし、超音波診断装置が焦点位置FA、焦点位置FB、焦点位置FCの順に受信信号を求める動作例について説明する。
この実施形態の超音波診断装置の効果について説明する。超音波診断装置は、超音波プローブ2と、受信部6と、選択部と、クロック制御部22とを有する。超音波プローブ2は、複数の超音波振動子23を備え、被検体へ超音波を送信し、被検体からの反射波を受信する。受信部6は、複数の受信経路に対応して、超音波プローブ2からの入力に信号処理を施す信号処理部12を備え、反射波に基づく受信信号を超音波の焦点位置ごとに逐次求める。選択部は、受信経路を選択する。クロック制御部22は、選択部により選択された受信経路に対応した信号処理部12へクロック信号を出力し、選択部により選択されない受信経路に対応した信号処理部12へのクロック信号の出力を停止する。このように、超音波診断装置は、開口の外の超音波振動子23に対応した受信経路の信号処理部12へのクロック信号を停止する。また、超音波診断装置は、開口の中の超音波振動子23に対応した受信経路の信号処理部12へ信号処理工程ごとにクロック信号の出力タイミングを制御する。それにより、開口の外の超音波振動子23に対応した受信経路の信号処理部12における消費電力を低減し、また、開口の中の超音波振動子23に対応した受信経路の信号処理部12においては、信号処理工程ごとの処理が不要なタイミングでのクロック信号の出力を停止する。従って、消費電力を低減することができる超音波診断装置を提供することができる。また、このような消費電力の低減により、ヒートシンクやファンなどの放熱装置を削除又は小型化することができる。それにより、装置規模の小型化ができ、コストを低減することができる超音波診断装置を提供することができる。
図6は、第1の実施形態の変形例1に係る超音波診断装置の受信部6の構成を表すブロック図である。この変形例の超音波診断装置の受信部6は、第1の実施形態の超音波診断装置の受信部6に対してクロック制御部22の構成が異なる。以下、第1の実施形態と異なる事項について特に説明する。
図7は、第1の実施形態の変形例2に係る超音波診断装置の受信部6の構成を表すブロック図である。この変形例の超音波診断装置の受信部6は、第1の実施形態の超音波診断装置の受信部6に対して選択部及びクロック制御部22の構成が異なる。以下、第1の実施形態と異なる事項について特に説明する。
図8は、この実施形態の超音波プローブ2の構成を表すブロック図である。この実施形態は、受信部6の配置が第1の実施形態と異なる。超音波プローブ2は、複数の超音波振動子23と、受信部6とを有する。受信部6はこの実施形態の本体部1からの制御信号によって動作する。受信部6の内部の構成には、第1の実施形態、第1の実施形態の変形例1、及び第1の実施形態の変形例2のいずれかの構成が援用されてよい。
図9は、第2の実施形態に係る超音波診断装置の受信部6の構成を表すブロック図である。この実施形態の超音波診断装置は、選択部における処理が第1の実施形態と異なる。以下、第1の実施形態と異なる事項について特に説明する。
以上述べた少なくともひとつの実施形態の超音波診断装置又は超音波プローブによれば、複数の受信経路に対応して、エコー信号に信号処理を施す信号処理部を備え、反射波に基づく受信信号を超音波の焦点位置ごとに逐次求める受信部と、受信経路を選択する選択部と、選択部により選択された受信経路に対応した信号処理部へクロック信号を出力し、選択部により選択されない受信経路に対応した信号処理部へのクロック信号の出力を停止するクロック制御部とを有することにより、消費電力を低減することが可能となる。
2 超音波プローブ
3 表示部
4 操作部
5 送信部
6 受信部
7 画像生成部
8 表示制御部
9 システム制御部
10 A/D変換部
11 直交検波部
12 信号処理部
13 加算部
14 FIFOメモリ
15 遅延算出部
16 補間部
17 位相回転部
18 開口重み係数乗算部
19 開口選択部
20 選択判定部
21 クロック発生部
22 クロック制御部
23、23A、23B、23C、23a、23b、23c、23d 超音波振動子
Claims (8)
- 複数の超音波振動子を備え、被検体へ超音波を送信し、前記被検体からの反射波を受信する超音波プローブと、
複数の受信経路に対応して、前記超音波プローブからの入力に信号処理を施す信号処理部を備え、前記反射波に基づく受信信号を超音波の焦点位置ごとに逐次求める受信部と、
前記受信経路を選択する選択部と、
前記選択部により選択された前記受信経路に対応した前記信号処理部へクロック信号を出力し、前記選択部により選択されない前記受信経路に対応した前記信号処理部へのクロック信号の出力を停止するクロック制御部と
を有することを特徴とする超音波診断装置。 - 前記選択部は、前記焦点位置と前記超音波振動子とを関連付けた開口情報を予め記憶し、前記開口情報に基づいて、前記焦点位置ごとに前記受信経路を逐次選択することを特徴とする請求項1に記載の超音波診断装置。
- 前記選択部は、前記受信経路を個別に選択し、
前記クロック制御部は、前記信号処理部について個別に前記クロック信号の出力を制御する
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。 - 前記クロック制御部は、さらに、前記信号処理部における信号処理工程ごとに前記クロック信号の出力タイミングを制御することを特徴とする請求項3に記載の超音波診断装置。
- 前記選択部は、前記受信経路を定められたグループごとに選択し、
前記クロック制御部は、前記グループごとに前記クロック信号の出力を制御する
ことを特徴とする請求項1又は2のいずれか1つに記載の超音波診断装置。 - 前記受信部は、複数の前記信号処理部を構成する集積回路を複数備え、
前記選択部は、前記グループとして前記集積回路ごとに前記受信経路を選択することを特徴とする請求項5に記載の超音波診断装置。 - 前記超音波プローブは、前記超音波振動子ごとの出力経路を有し、
前記選択部は、前記出力経路と接続された前記受信経路を選択する
ことを特徴とする請求項1に記載の超音波診断装置。 - 被検体へ超音波を送信し、前記被検体からの反射波を受信する複数の超音波振動子と、
複数の受信経路に対応して、前記超音波振動子からの入力に信号処理を施す信号処理部を備え、前記反射波に基づく受信信号を超音波の焦点位置ごとに逐次求める受信部と、
前記受信経路を選択する選択部と、
前記選択部により選択された前記受信経路に対応した前記信号処理部へのクロック信号を出力し、前記選択部により選択されない前記受信経路に対応した前記信号処理部へのクロック信号の出力を停止するクロック制御部と
を有することを特徴とする超音波プローブ。
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