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JP5416947B2 - Ultrasonic diagnostic equipment - Google Patents

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JP5416947B2
JP5416947B2 JP2008292168A JP2008292168A JP5416947B2 JP 5416947 B2 JP5416947 B2 JP 5416947B2 JP 2008292168 A JP2008292168 A JP 2008292168A JP 2008292168 A JP2008292168 A JP 2008292168A JP 5416947 B2 JP5416947 B2 JP 5416947B2
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Description

血流速度情報を提供するドプラ・モードを備えた超音波診断装置に係わる。   The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus having a Doppler mode for providing blood flow velocity information.

超音波診断装置は、プローブ素子に対応した各チャンネルに対してフォーカス位置に応じた遅延制御を適用し、送信および受信ビームフォーミングを行うことによってフォーカスの合ったエコー信号を得、それをもとに画像を構築している。   The ultrasonic diagnostic device applies delay control according to the focus position to each channel corresponding to the probe element, obtains an echo signal in focus by performing transmission and reception beam forming, and based on it I'm building an image.

ビームフォーミングの精度はいわゆるビーム幅にかかわり、フォーカス位置に対する感度と、それ以外の場所からの信号に対する感度の比が大きいことが要求される。フォーカス位置から反射されてくる信号を映像化することが望ましいため、当然このビーム幅は「細い」あるいは「狭い」ほうが望ましいというのが一般的な考え方である。   The accuracy of beam forming is related to the so-called beam width, and it is required that the ratio of the sensitivity to the focus position and the sensitivity to signals from other locations is large. Since it is desirable to visualize the signal reflected from the focus position, it is a general idea that the beam width is desirably “narrow” or “narrow”.

システムがアナログからディジタルに発展するときに期待された効果のひとつに、このビームフォーミング精度向上があった。すなわち、それまでは例えば受信遅延回路としてアナログ遅延線が使われていたが、この分解能は必ずしも必要十分に小さいものでなく、かつ部品間のばらつきもあるため、受信ビームフォーミングの精度も要求される値にとどいているわけではなかった。一方ディジタルでは一定のクロックレートで処理されるため、そのレートが十分小さければ精度向上が期待でき、装置間のばらつきも無視できる程度のものになる。   One of the effects expected when the system evolved from analog to digital was the improvement in beam forming accuracy. In other words, until now, analog delay lines have been used as reception delay circuits, for example, but this resolution is not necessarily small enough and there are variations between parts, so the accuracy of reception beam forming is also required. I didn't stay in value. On the other hand, since digital is processed at a constant clock rate, if the rate is sufficiently small, an improvement in accuracy can be expected, and variations between devices can be ignored.

ディジタルで信号を処理する装置においては、クロックレートを小さくできる限りにおいて、あるいは処理方式に依存した誤差(例えば制御データの量子化誤差)の範囲において、ビーム幅を細くできる(特許文献1参照)。
特開2006-87677号公報
In an apparatus that digitally processes a signal, the beam width can be narrowed as long as the clock rate can be reduced, or within an error range (for example, quantization error of control data) depending on the processing method (see Patent Document 1).
JP 2006-87677 A

しかしながら、固定フォーカスで血流速度を検出するドプラ・モードでは、必ずしもビーム幅が細ければ細いほど良いというわけではない。   However, in the Doppler mode in which the blood flow velocity is detected with a fixed focus, the thinner the beam width, the better.

例えば、局所的に発生している病的高速流を検出しようとした場合、ビームが細すぎると、設定フォーカス(この場合ユーザが装置制御パネル等から設定)が該局所を少しでも外すと血流を逃してしまうという事態に陥る可能性がある。通常、ユーザはカラー・モードで高速流の発生箇所を知り、その速度を定量把握するため、CWドプラ・モードに移り、その検出波形から速度を読み取る。ここで、フォーカスはカラー・モード画像の「色」をガイドにトラックボール等で設定するが、病的高速流発生箇所の体積が小さくかつビームが細いと、より正確なフォーカス設定操作が要求される。図1は本発明の課題を説明するための超音波ビームと血流との位置関係を示す模式図である。図1(a)(b)はそれぞれ超音波振動子11から放射されるビーム12の形状を示しており、前者のビーム幅の方が後者のそれよりも広い。各ビーム12は、ビーム幅が最も小さく絞られた焦点位置が測定すべき病的高速流発生箇所13に合わせられる。しかし、図1(b)に示すように、焦点位置におけるビームの幅が狭くなり、ビームが病的高速流発生箇所13から外れると、ドプラシフトを受けてそこから反射されてくるエコー信号の強度が弱まる。場合によってはノイズに埋まり、本来あるはずの速度成分が検出できなくなる。   For example, when trying to detect a pathological high-speed flow that occurs locally, if the beam is too thin, the blood flow will be lost if the setting focus (in this case, set by the user from the device control panel, etc.) removes the local area even slightly. There is a possibility of falling into the situation of missing. Normally, the user knows where the high-speed flow is generated in the color mode and moves to the CW Doppler mode to read the speed from the detected waveform in order to quantitatively grasp the speed. Here, the focus is set with a trackball or the like using the “color” of the color mode image as a guide, but if the volume of the pathological high-speed flow generation point is small and the beam is thin, a more accurate focus setting operation is required. . FIG. 1 is a schematic diagram showing the positional relationship between an ultrasonic beam and blood flow for explaining the problem of the present invention. FIGS. 1A and 1B show the shape of the beam 12 emitted from the ultrasonic transducer 11, respectively. The former beam width is wider than that of the latter. Each beam 12 is adjusted to a pathological high-speed flow generation point 13 to be measured at a focal position where the beam width is the smallest. However, as shown in FIG. 1B, when the beam width at the focal position becomes narrow and the beam deviates from the pathological high-speed flow generation site 13, the intensity of the echo signal reflected from the Doppler shift is increased. Weaken. In some cases, it is buried in noise, and the originally expected speed component cannot be detected.

したがって本発明の目的は、診断すべき対象箇所に応じてビーム幅を変化させることが可能な超音波診断装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an ultrasonic diagnostic apparatus capable of changing the beam width in accordance with a target location to be diagnosed.

本発明の超音波診断装置は、超音波信号を送信あるいは受信するように配列された複数個の超音波振動子と、これらの超音波振動子に複数個の送受信切り換えスイッチを介して駆動パルス信号を供給する送信回路と、この送信回路へ供給される前記駆動パルスの遅延量を制御する送信ビームフォーミング制御回路と、前記各超音波振動子により受信された前記超音波信号が前記送受信切り換えスイッチ介してそれぞれ供給される複数個の受信回路と、これらの受信回路の出力信号がそれぞれ供給される受信ビームフォーミング制御回路と、を備え、 固定焦点で血流速度を検出する診断モードを備えた超音波診断装置であって、
前記受信ビームフォーミング制御回路は、さらに、量子化精度選択信号入力装置と、この入力装置により供給された量子化精度選択信号に基づいて遅延量子化量を決定する遅延量子化量決定装置と、前記遅延量子化量決定装置の決定した遅延量子化量に基づいて、遅延量に量子化を施す量子化回路と、前記各受信回路の出力信号に前記量子化された遅延量を付与する信号遅延回路と、この信号遅延回路により遅延された前記各受信信号の出力信号を合成する信号合成装置を備えることを特徴とするものである。
The ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention includes a plurality of ultrasonic transducers arranged to transmit or receive ultrasonic signals, and a drive pulse signal to these ultrasonic transducers via a plurality of transmission / reception changeover switches. A transmission beam forming control circuit for controlling a delay amount of the drive pulse supplied to the transmission circuit , and the ultrasonic signal received by each ultrasonic transducer is connected to the transmission / reception changeover switch . And a receiving beamforming control circuit to which the output signals of these receiving circuits are supplied, respectively, and an ultramode equipped with a diagnostic mode for detecting blood flow velocity at a fixed focus. An ultrasound diagnostic apparatus,
The reception beam forming control circuit further includes a quantization precision selection signal input device, and the delay quantization amount determining apparatus for determining a delay quantization weight based on the supplied quantization precision selection signal by the input device, the based on the determined delay quantized amount of delay quantization amount determining device, a signal delay imparting a quantization circuit which performs quantization to the delay amount, a delay amount in which the quantized output signal of the previous SL respective receiving circuits And a signal synthesizer for synthesizing the output signals of the reception signals delayed by the signal delay circuit.

また、本発明の前記超音波診断装置においては、前記遅延量子化量決定装置の精度情報出力は前記送信ビームフォーミング制御回路にも供給され、送信および受信ビームフォーミングの精度を、それぞれ独立に制御できることを特徴とするものである。   In the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention, the accuracy information output of the delay quantization amount determination device is also supplied to the transmission beamforming control circuit, and the accuracy of transmission and reception beamforming can be controlled independently. It is characterized by.

さらに、本発明の前記超音波診断装置においては、前記送信および受信ビームフォーミングの精度は前記量子化精度選択信号入力装置により選択されることを特徴とするものである。   Furthermore, in the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention, the accuracy of the transmission and reception beam forming is selected by the quantization accuracy selection signal input device.

このように、本発明の実施形態に係る超音波診断装置においては、他のモードで要求されているビームフォーミング精度が確保できているとすると、ディジタルシステムにおいてはそこからビーム幅を太くすること、あるいはビームフォーミング精度を変化させることは比較的容易に実施可能である。すなわち、遅延制御パラメータを計算する過程において、ある量子化範囲を定めて、その精度でパラメータを出力することが可能である。   As described above, in the ultrasonic diagnostic apparatus according to the embodiment of the present invention, assuming that the beam forming accuracy required in other modes can be ensured, in the digital system, the beam width is increased from there. Alternatively, it is relatively easy to change the beam forming accuracy. That is, in the process of calculating the delay control parameter, it is possible to determine a certain quantization range and output the parameter with the accuracy.

本発明によれば、超音波のビーム幅を、ユーザが使用目的に応じて制御することにより、確度の高い診断に寄与することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when a user controls the beam width of an ultrasonic wave according to a use purpose, it can contribute to a highly accurate diagnosis.

図2乃至図4は本発明の原理を説明するための図である。図2は本発明が適用される超音波診断装置の受信回路構成の1例を示すブロック図である。Nチャンネル(0、1、2、3、…、N−1)の超音波信号を発信あるいは受信するN個の超音波振動子11−1、11−2、11−3、…、11−Nには、それぞれ、送受信切り替えスイッチ(T/Rスイッチ)14−1、14−2、14−3、…、14−Nを介して送信回路15から駆動パルス信号が供給される。N個の超音波振動子11−1、11−2、11−3、…、11−Nから対象物に出射されそこから反射された超音波パルス信号は再びN個の超音波振動子11−1、11−2、11−3、…、11−Nにより受信され、電気信号に変換される。これらの受信信号はT/Rスイッチ14−1、14−2、14−3、…、14−Nを介して受信回路16−1、16−2、16−3、…、16−Nにより増幅され、AD変換器17−1、17−2、17−3、…、17−Nによりそれぞれディジタル信号に変換される。ディジタル信号に変換された各チャンネルの受信信号は、ファーストイン/ファーストアウトメモリ(FIFOメモリ)18−1、18−2、18−3、…、18−Nに同一のタイミングにより順次記憶される。   2 to 4 are diagrams for explaining the principle of the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing an example of a receiving circuit configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus to which the present invention is applied. N ultrasonic transducers 11-1, 11-2, 11-3,..., 11 -N that transmit or receive ultrasonic signals of N channels (0, 1, 2, 3,..., N−1). Are supplied with drive pulse signals from the transmission circuit 15 via transmission / reception changeover switches (T / R switches) 14-1, 14-2, 14-3,..., 14-N, respectively. The ultrasonic pulse signals emitted from the N ultrasonic transducers 11-1, 11-2, 11-3,..., 11 -N and reflected from the object are again N ultrasonic transducers 11-. 1, 11-2, 11-3,..., 11-N are received and converted into electrical signals. These received signals are amplified by receiving circuits 16-1, 16-2, 16-3,..., 16-N via T / R switches 14-1, 14-2, 14-3,. .., 17-N, respectively, are converted into digital signals by AD converters 17-1, 17-2, 17-3,. The received signals of each channel converted into digital signals are sequentially stored in first-in / first-out memories (FIFO memories) 18-1, 18-2, 18-3,.

FIFOメモリ18−1、18−2、18−3、…、18−Nにディジタル情報として記憶された各チャンネルの受信信号は、書き込み/読み出し制御回路19からの書き込み/読み出し制御信号により、各チャンネルが受け持つべき遅延量に対応して決定されるタイミングで読み出され、各FIFOメモリ18−1、18−2、18−3、…、18−Nから読み出された受信信号は加算回路20により加算される。   The received signals of each channel stored as digital information in the FIFO memories 18-1, 18-2, 18-3,..., 18 -N are received by the write / read control signal from the write / read control circuit 19. .., 18-N are read out at a timing determined in accordance with the delay amount to be handled by the adder circuit 20. Is added.

これらのFIFOメモリ18−1、18−2、18−3、…、18−N、書き込み/読み出し制御回路19および加算回路20により、いわゆる、受信ビームフォーミング処理が行われる。   These FIFO memories 18-1, 18-2, 18-3,..., 18-N, the write / read control circuit 19 and the adder circuit 20 perform so-called reception beam forming processing.

ここで、FIFOメモリ18−1、18−2、18−3、…、18−Nによる読み出し制御が受信遅延処理に対応し、具体的には読み出しアドレスを計算し各メモリに供給するということになる。Bモード等、フォーカスを時々刻々更新する受信ダイナミック・フォーカスを適用するモードに関しては、アドレスは次の式で表わされる遅延量dn(t)から求める。

Figure 0005416947
Here, the read control by the FIFO memories 18-1, 18-2, 18-3,..., 18-N corresponds to the reception delay process, specifically, the read address is calculated and supplied to each memory. Become. For a mode that applies dynamic reception focus that updates the focus from time to time, such as the B mode, the address is obtained from a delay amount dn (t) expressed by the following equation.
Figure 0005416947

図3は上記の式(1)で表される遅延量dn(t)の求め方を説明するための図である。
同図において、X−Y座標は超音波ビームによりスキャンが行われる2次元平面を表し、超音波フロー部を形成する複数個の超音波振動子11はY軸上に、フォーカス開始座標(初期フォーカス位置)(xini、yini)を中心として対称に配列されている。これらの超音波振動子11のうちの任意の振動子の一座標を(xn、yn)とし、ある時刻tでのフォーカス座標を(xf, yf)とする。ここで、vは音速であり、θはX軸と超音波ビームの進行方向との角度、すなわち、時刻tにおけるスキャン角度である。
FIG. 3 is a diagram for explaining how to obtain the delay amount dn (t) represented by the above equation (1).
In the figure, an XY coordinate represents a two-dimensional plane to be scanned by an ultrasonic beam, and a plurality of ultrasonic transducers 11 forming an ultrasonic flow part are placed on the Y axis with focus start coordinates (initial focus). (Position) (xini, yini). One coordinate of any of these ultrasonic transducers 11 is (xn, yn), and the focus coordinate at a certain time t is (x f , y f ). Here, v is the speed of sound, and θ is the angle between the X axis and the traveling direction of the ultrasonic beam, that is, the scan angle at time t.

このようにして得られた遅延量dn(t)を、システムクロックレートで割ったものがアドレスとなる。

Figure 0005416947
ここで、Tがクロックレートで、[ ] は整数化処理を表わす。 An address is obtained by dividing the delay amount dn (t) obtained in this way by the system clock rate.
Figure 0005416947
Here, T is a clock rate, and [] represents an integer processing.

以上はダイナミック・フォーカス適用時の例であるが、本発明が適用されるCWドプラ等固定焦点モードでは、遅延量dn(t)およびアドレスは次の式(3)(4)で与えられる。すなわち、この場合においては、時々刻々更新されるフォーカス(xf, yf)は存在しなくなり、初期フォーカス位置(xini, yini)で固定焦点位置を表わす。

Figure 0005416947
整数化処理について第1項と2項を分けると、
Figure 0005416947
The above is an example when dynamic focus is applied. In the fixed focus mode such as CW Doppler to which the present invention is applied, the delay amount dn (t) and the address are given by the following equations (3) and (4). That is, in this case, the focus (x f , y f ) that is updated every moment does not exist, and the fixed focus position is represented by the initial focus position (x ini , y ini ).
Figure 0005416947
Dividing the first and second terms into integer processing,
Figure 0005416947

第2項は時間をクロックレート、すなわち量子化時間で割ったものなので、アドレスの単調増加’k’に相当する。これも含めて、上式を次のように書きなおす。

Figure 0005416947
で、焦点位置から決まる各チャンネルに固有の定数である。 The second term is the time divided by the clock rate, that is, the quantization time, and therefore corresponds to a monotonic increase of the address 'k'. Including this, the above equation is rewritten as follows.
Figure 0005416947
Thus, it is a constant specific to each channel determined from the focal position.

上式は、次のことを示している。すなわち、固定焦点時の読み出しアドレスは、チャンネルに固有のオフセット[Dn/T]を持つ単調増加となる。 The above formula shows the following. That is, the read address at the fixed focus is monotonously increased with an offset [D n / T] unique to the channel.

ここでビーム幅を決めるのは、[Dn/T]の精度である。従来は、システムクロックレート’T’で量子化し、この場合そのシステムが持つ最高精度でビームフォーミングすることになる。別のいい方をすると、ビーム幅を最小に絞ることになる。ここで、前述したように、ビーム幅が細いことはいつでもいいとは限らず、特に微小血流を検出するような場合に、細すぎるビーム幅はそれらを「とりづらく」する可能性がある。 Here, it is the accuracy of [D n / T] that determines the beam width. Conventionally, quantization is performed at the system clock rate 'T', and in this case, beam forming is performed with the highest accuracy of the system. Another good thing is to reduce the beam width to the minimum. Here, as described above, it is not always possible that the beam width is narrow. Especially when a minute blood flow is detected, a beam width that is too narrow may make it difficult to make them difficult.

そこで、本発明においては前述したように、量子化精度を可変にする。ビームフォーミングの精度を議論するときは、送受信中心周波数の波長を基準にしてなされるが、例えば波長の1/32、1/16、1/8および1/4の量子化精度を想定し、切りかえられるようにする。送受信中心周波数2MHzを例に取ると、1波長に相当する周期は500nsなので、上の量子化精度は、15.625ns、31.25ns、62.5nsおよび125nsとなる。これを「TQ」として上式「T」の代わりに適用する。

Figure 0005416947
Therefore, in the present invention, as described above, the quantization accuracy is made variable. When discussing the accuracy of beamforming, it is based on the wavelength of the transmission / reception center frequency. For example, assuming the quantization accuracy of 1/32, 1/16, 1/8, and 1/4 of the wavelength, switching is performed. To be able to. Taking the transmission / reception center frequency of 2 MHz as an example, since the period corresponding to one wavelength is 500 ns, the above quantization accuracy is 15.625 ns, 31.25 ns, 62.5 ns, and 125 ns. This is applied as “T Q” instead of the above formula “T”.
Figure 0005416947

図4(A)はビームフォーミング制御回路へ入力される「TQ」とその決定処理過程を示すブロック図である。同図において、量子化精度選択信号入力装置41は量子化精度をどの段階の精度にするかを選択する装置であり、ユーザにより選定される。この入力装置41により選定された量子化精度値を表す情報は遅延量子化量決定装置42により、上記(8)式中の量子化精度TQが決定され、送信ビームフォーミング制御回路43あるいは受信ビームフォーミング制御回路44に供給される。遅延量子化量決定装置42により決定された量子化精度TQに基づいて送信ビームフォーミング制御回路43あるいは受信ビームフォーミング制御回路44において、上記(8)式により、アドレスAn[k]が出力されることになる。 FIG. 4A is a block diagram showing “T Q ” input to the beamforming control circuit and its determination process. In the figure, a quantization accuracy selection signal input device 41 is a device that selects which level of quantization accuracy to select, and is selected by the user. Information representing the quantization accuracy value selected by the input device 41 is determined by the delay quantization amount determination device 42 by the quantization accuracy TQ in the above equation (8), and the transmission beamforming control circuit 43 or the reception beamforming. It is supplied to the control circuit 44. Based on the quantization accuracy TQ determined by the delay quantization amount determination device 42, the transmission beamforming control circuit 43 or the reception beamforming control circuit 44 outputs the address An [k] by the above equation (8). It will be.

図4(B)は遅延量子化量決定装置42のより具体的な構成例を示すブロック図である。この装置42は、例えば4種の量子化パラメータTQ0、TQ1、TQ2、TQ3の任意の1種を量子化精度選択信号入力装置41からの選択信号により選択して出力信号TQとして出力する。   FIG. 4B is a block diagram illustrating a more specific configuration example of the delay quantization amount determination device 42. This device 42 selects any one of, for example, four types of quantization parameters TQ0, TQ1, TQ2, and TQ3 by a selection signal from the quantization accuracy selection signal input device 41 and outputs it as an output signal TQ.

図5は本発明の実施形態を示す超音波診断装置のブロック図である。同図においては、図2乃至図4に示す超音波診断装置の構成要素と同じかあるいはこれに相当する構成要素には同一番号を付し、特に必要な場合を除き詳細な説明は省略する。   FIG. 5 is a block diagram of an ultrasonic diagnostic apparatus showing an embodiment of the present invention. In this figure, the same or corresponding components as those of the ultrasonic diagnostic apparatus shown in FIGS. 2 to 4 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted unless particularly necessary.

同図における入力装置41および遅延量子化量決定装置42は、図4において説明した各装置に対応するものである。ここで送信パルス発生回路51は図4の送信ビームフォーミング制御回路43に対応し、遅延量子化量決定装置42により決定された量子化精度TQが入力信号として供給され、これにより決定される遅延量を持った送信タイミングパルスを生成し送信回路15に供給する。送信回路15は送信パルス発生回路51出力の送信タイミング信号を受け、各超音波振動子11−1、11−2、11−3、…、11−Nを駆動するための高圧パルスを発生する回路である。T/Rスイッチ14−1、14−2、14−3、…、14−Nは、送信時は高圧パスルを振動子に伝達しつつ受信回路が高圧で壊れないように保護し、受信時は振動子からのエコー信号を後段に伝達するものである。受信回路53は、図2の受信回路16−1、16−2、16−3、…、16−NおよびAD変換器17−1、17−2、17−3、…、17−Nに相当し、微弱なエコー信号を増幅し、後段で信号処理可能なものにする。ディジタルシステムではAD変換器がここに含まれる。受信ビームフォーマ54は、図4の受信ビームフォーミング制御回路44および図2のFIFOメモリ18−1、18−2、18−3、…、18−N、書き込み/読み出し制御回路19および加算回路20に相当し、各チャンネルエコー信号に適切な遅延を付与し加算する。また、FIFO読出しアドレス発生回路52は図2の書き込み/読み出し制御回路19に対応している。   The input device 41 and the delay quantization amount determination device 42 in the figure correspond to each device described in FIG. Here, the transmission pulse generation circuit 51 corresponds to the transmission beamforming control circuit 43 in FIG. 4 and is supplied with the quantization accuracy TQ determined by the delay quantization amount determination device 42 as an input signal, and the delay amount determined thereby. Is generated and supplied to the transmission circuit 15. The transmission circuit 15 receives a transmission timing signal output from the transmission pulse generation circuit 51, and generates a high-voltage pulse for driving the ultrasonic transducers 11-1, 11-2, 11-3, ..., 11-N. It is. The T / R switches 14-1, 14-2, 14-3,..., 14-N protect the receiving circuit from being broken at a high voltage while transmitting a high voltage pulse to the vibrator at the time of transmission. The echo signal from the transducer is transmitted to the subsequent stage. The receiving circuit 53 corresponds to the receiving circuits 16-1, 16-2, 16-3,..., 16-N and AD converters 17-1, 17-2, 17-3,. Then, a weak echo signal is amplified so that it can be processed later. In digital systems, AD converters are included here. The receive beamformer 54 is connected to the receive beamforming control circuit 44 in FIG. 4 and the FIFO memories 18-1, 18-2, 18-3,..., 18-N, the write / read control circuit 19 and the adder circuit 20 in FIG. Correspondingly, each channel echo signal is added with an appropriate delay. The FIFO read address generation circuit 52 corresponds to the write / read control circuit 19 in FIG.

このような本発明の実施形態に拠れば、ユーザの指示により遅延量子化量を遅延量子化決定プロセスによって決め、その情報をビームフォーミング制御回路に出力することにより、ビーム幅の制御が可能になり、診断状況によって適応的にビームを形成できるようになる。   According to the embodiment of the present invention, it is possible to control the beam width by determining the delay quantization amount by the delay quantization determination process according to the user's instruction and outputting the information to the beamforming control circuit. The beam can be formed adaptively depending on the diagnosis situation.

図6は本発明の他の実施形態を示す超音波診断装置のブロック図である。同図においては、図5に示す超音波診断装置の構成要素と同じかあるいはこれに相当する構成要素には同一番号を付し、特に必要な場合を除き詳細な説明は省略する。   FIG. 6 is a block diagram of an ultrasonic diagnostic apparatus showing another embodiment of the present invention. In this figure, components that are the same as or equivalent to the components of the ultrasonic diagnostic apparatus shown in FIG. 5 are given the same reference numerals, and detailed descriptions thereof are omitted unless particularly necessary.

図5の実施形態では送信および受信ビームフォーミングに同じ遅延量子化量を適用しているが、本実施形態においては、たとえば、「送信は太く、受信は細く」あるいはその逆の要求のように、送信ビームと受信ビームの太さを自由に選択できる超音波診断装置を提供するものである。   In the embodiment of FIG. 5, the same delay quantization amount is applied to transmission and reception beamforming. However, in this embodiment, for example, “transmission is thick and reception is thin” or vice versa, It is an object of the present invention to provide an ultrasonic diagnostic apparatus capable of freely selecting the thickness of a transmission beam and a reception beam.

この装置においては、入力装置41および遅延量子化量決定装置42により、送信ビームフォーミング用の量子化精度を「TQT」とし、受信ビームフォーミング用の量子化精度を「TQT」とは異なる値の「TQR」をそれぞれ出力し、それぞれ送信パルス発生回路51およびFIFO読出しアドレス発生回路52に供給する。すなわち、送信ビームフォーミングには「TQT」、受信ビームフォーミングには「TQR」という異なる量子化精度を適用できるようにしている。 In this device, the input device 41 and the delay quantization amount determination device 42 set the transmission beamforming quantization accuracy to “T QT ” and the reception beamforming quantization accuracy different from “T QT ”. “T QR ” is output and supplied to the transmission pulse generation circuit 51 and the FIFO read address generation circuit 52, respectively. That is, different quantization precisions “T QT ” can be applied to transmission beam forming and “T QR ” can be applied to reception beam forming.

本実施形態のその他の構成部分は図5の構成と同じであるため、それらの部分についての詳細な説明は省略する。   Since other components of the present embodiment are the same as those of FIG. 5, detailed description thereof will be omitted.

図7は本発明のさらに他の実施形態を示す超音波診断装置の構成を示すブロック図である。これまでの例では、受信ビームフォーマをFIFOメモリと加算器として説明してきたが、本実施形態においては、それとは異なる形態の受信ビームフォーマが用いられる。すなわち、この形態の受信ビームフォーマは、まず入力信号である受信信号に第1の混合器71−1、71−2を用いて直行検波を適用し、同相成分Iと直交成分Qのベースバンド信号をそれぞれバンドパスフィルタ72−1,72−2を介して得る。図中cos(ωc・Dn)と−sin(ωc・Dn)による掛け算が直交検波を表わす。次に同相成分Iと直交成分Qのベースバンド信号をAD変換器73−1、73−2によりディジタル変換する。そして第2の混合器74−1、74−2を用いて、それらI/Q信号に係数を乗じたものどうしを第1の加算器75−1、75−2を用いて加算演算により位相を制御し、そのチャンネルに必要な遅延を付与する。そのようにして位相が揃えられた各チャンネルI/Q信号は、第2の加算器76−1、76−2により足し合わされ、受信ビームフォーミングが完遂される。   FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus showing still another embodiment of the present invention. In the examples so far, the reception beamformer has been described as a FIFO memory and an adder. However, in the present embodiment, a reception beamformer having a different form is used. That is, the reception beamformer of this embodiment first applies direct detection to the reception signal which is an input signal using the first mixers 71-1 and 71-2, and the baseband signal of the in-phase component I and the quadrature component Q Are obtained through band-pass filters 72-1 and 72-2, respectively. In the figure, multiplication by cos (ωc · Dn) and −sin (ωc · Dn) represents quadrature detection. Next, the baseband signals of the in-phase component I and the quadrature component Q are digitally converted by the AD converters 73-1 and 73-2. Then, using the second mixers 74-1 and 74-2, the I / Q signals multiplied by the coefficients are added to each other by the addition operation using the first adders 75-1 and 75-2. Control and give the required delay to that channel. The channel I / Q signals whose phases are aligned in this way are added together by the second adders 76-1 and 76-2, and reception beam forming is completed.

ここで、ビームフォーミングの精度は、係数coefA/coefBによって決まる。これら遅延係数は一般には次のように表わせる。

Figure 0005416947
Here, the accuracy of beam forming is determined by the coefficient coef A / coef B. These delay coefficients can be generally expressed as follows.
Figure 0005416947

ここで、ωcはエコー信号の中心周波数で、Dnは(7)式で表わせるそのチャンネル固有の遅延時間である。上式で求まる係数を適用すると、各素子とフォーカス設定位置の関係において決まる受信遅延が正確に適用される。別の言い方をすると、受信ビームは最も細くなる。 Here, ω c is the center frequency of the echo signal, and D n is the delay time specific to that channel, which can be expressed by equation (7). When the coefficient obtained by the above equation is applied, the reception delay determined by the relationship between each element and the focus setting position is accurately applied. In other words, the receive beam is the thinnest.

ここで、本発明の趣旨にそってビーム幅を制御するため、前出の量子化パラメータ「TQR」を用いて次のように遅延係数を計算する。

Figure 0005416947
Here, in order to control the beam width in accordance with the gist of the present invention, the delay coefficient is calculated as follows using the above-described quantization parameter “T QR ”.
Figure 0005416947

ここで[ ]は前出同様、整数化処理である。遅延時間を量子化するので、結果として制御されるI/Q信号の位相もある変化幅で段階的に変化することになる。形成される受信ビームは、正確なものでなくなり、そこからある変位を持ったものになる。つまり、ビーム幅が太くなる。   Here, [] is an integerization process as described above. Since the delay time is quantized, the phase of the I / Q signal to be controlled as a result also changes stepwise with a certain change width. The formed receive beam is no longer accurate and has a certain displacement therefrom. That is, the beam width is increased.

図8は本発明のさらに他の実施形態を示す超音波診断装置の構成を示すブロック図である。この実施形態においては、図7に示したようなI/Q信号を用いる受信ビームフォーマ(仮にI/Q受信ビームフォーマと呼ぶ)が適用されている。同図においては、図5に示す超音波診断装置の構成要素と同じかあるいはこれに相当する構成要素には同一番号を付し、特に必要な場合を除き詳細な説明は省略する。   FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus showing still another embodiment of the present invention. In this embodiment, a reception beamformer using an I / Q signal (referred to as an I / Q reception beamformer) as shown in FIG. 7 is applied. In this figure, components that are the same as or equivalent to the components of the ultrasonic diagnostic apparatus shown in FIG. 5 are given the same reference numerals, and detailed descriptions thereof are omitted unless particularly necessary.

この実施形態では、図5のFIFO読出しアドレス発生回路52の代わりに遅延係数計算装置81が用いられ、図5の受信ビームフォーミング制御回路54の代わりにI/Q受信ビームフォーマ82が用いられる。I/Q受信ビームフォーマ82は図7に示すような動作を行う回路であり、量子化精度パラメータ「TQR」を受け、上記の式(11)(12)に示すような遅延係数を出力する。 In this embodiment, a delay coefficient calculation device 81 is used instead of the FIFO read address generation circuit 52 of FIG. 5, and an I / Q reception beamformer 82 is used instead of the reception beamforming control circuit 54 of FIG. The I / Q reception beamformer 82 is a circuit that performs an operation as shown in FIG. 7, receives the quantization accuracy parameter “T QR ”, and outputs a delay coefficient as shown in the above equations (11) and (12). .

以上説明した本発明の実施形態によれば、従来一律に決まっていた超音波のビーム幅を、ユーザが使用目的に応じて制御できるようになる。特に微小血流を検出するような場合において、細く絞ったビームによってそれらを検出しにくくなる可能性のある場合に有効である。例えば、スキャン開始時は血流の有無をまず確認するため比較的太いビームを形成する。そのために、これまでの例でいうと例えば用いている周波数の波長の1/8の量子化精度で遅延を量子化する。この結果より広い範囲に対する感度を設定できるので、「カラーモードで見えたと思った血流がとれない」、というような事態をより少なくすることができる。血流の有無が確認できたら、次はより正確に位置を特定し、速度を確定する必要がある。そのためにビーム幅を絞り、システムが持っている最高の精度でより細かいスキャンをすることも可能である。
このように、特に微小血流検出能を上げることができ、確度の高い診断に寄与することができる。
According to the embodiment of the present invention described above, the user can control the beam width of the ultrasonic wave, which has been conventionally determined uniformly, according to the purpose of use. This is particularly effective when a minute blood flow is detected, and it may be difficult to detect them with a narrowly focused beam. For example, at the start of scanning, a relatively thick beam is formed in order to first confirm the presence or absence of blood flow. Therefore, in the examples so far, for example, the delay is quantized with a quantization accuracy of 1/8 of the wavelength of the frequency used. As a result, the sensitivity over a wider range can be set, so that it is possible to reduce the situation such as “the blood flow thought to have been seen in the color mode cannot be taken”. After confirming the presence or absence of blood flow, it is necessary to specify the position more accurately and determine the speed. Therefore, it is possible to narrow down the beam width and perform finer scanning with the highest accuracy of the system.
In this way, the ability to detect micro blood flow can be particularly improved, and it can contribute to highly accurate diagnosis.

以上、本発明をいくつかの実施形態により詳細に説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能である。   As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail by some embodiment, this invention is not limited to these embodiment, A various deformation | transformation is possible within the range of the technical idea of this invention.

本発明の課題を説明するための超音波ビームと血流との位置関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the positional relationship of the ultrasonic beam and blood flow for demonstrating the subject of this invention. 本発明が適用される超音波診断装置の受信回路構成の1例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows one example of the receiving circuit structure of the ultrasonic diagnosing device to which this invention is applied. 図3は遅延量dn(t)の求め方を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining how to obtain the delay amount dn (t). 図4(A)はビームフォーミング制御回路へ入力される「TQ」とその決定処理過程を示すブロック図であり、(B)は遅延量子化量決定装置のより具体的な構成例を示すブロック図である。FIG. 4A is a block diagram showing “T Q ” input to the beamforming control circuit and its determination process, and FIG. 4B is a block showing a more specific configuration example of the delay quantization amount determination device. FIG. 本発明の実施形態を示す超音波診断装置のブロック図である。1 is a block diagram of an ultrasonic diagnostic apparatus showing an embodiment of the present invention. 本発明の他の実施形態を示す超音波診断装置のブロック図である。It is a block diagram of the ultrasound diagnosing device which shows other embodiment of this invention. 本発明のさらに他の実施形態を示す超音波診断装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the ultrasonic diagnosing device which shows other embodiment of this invention. 本発明のさらに他の実施形態を示す超音波診断装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the ultrasonic diagnosing device which shows other embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

11−1、11−2、11−3、…、11−N1 超音波振動子
12 ビーム
13 血流
14−1、14−2、14−3、…、14−N T/Rスイッチ
15 送信回路
16−1、16−2、16−3、…、16−N 受信回路
17−1、17−2、17−3、…、17−N AD変換器
18−1、18−2、18−3、…、18−N FIFOメモリ
19 書き込み/読み出し制御回路
20 加算回路
41 量子化精度選択信号入力装置
42 遅延量子化量決定装置
43 送信ビームフォーミング制御回路
44 受信ビームフォーミング制御回路
11-1, 11-2, 11-3, ..., 11-N1 ultrasonic transducer 12 beam 13 blood flow 14-1, 14-2, 14-3, ..., 14-N T / R switch 15 transmission circuit 16-1, 16-2, 16-3, ..., 16-N receiving circuit 17-1, 17-2, 17-3, ..., 17-N AD converter 18-1, 18-2, 18-3 ,..., 18-N FIFO memory 19 Write / read control circuit 20 Adder circuit 41 Quantization accuracy selection signal input device 42 Delay quantization amount determination device 43 Transmit beamforming control circuit 44 Receive beamforming control circuit

Claims (6)

超音波信号を送信あるいは受信するように配列された複数個の超音波振動子と、
これらの超音波振動子に複数個の送受信切り換えスイッチを介して駆動パルス信号を供給する送信回路と、
この送信回路へ供給される前記駆動パルスの遅延量を制御する送信ビームフォーミング制御回路と、
前記各超音波振動子により受信された前記超音波信号が前記送受信切り換えスイッチ介してそれぞれ供給される複数個の受信回路と、
これらの受信回路の出力信号がそれぞれ供給される受信ビームフォーミング制御回路と、を備え、
固定焦点で血流速度を検出する診断モードを備えた超音波診断装置であって、
前記受信ビームフォーミング制御回路は、さらに、
入力装置と、
この入力装置により選択されたビーム太さに基づいて遅延量子化量を決定する遅延量子化量決定装置と、
前記遅延量子化量決定装置の決定した遅延量子化量に基づいて、遅延量に量子化を施す量子化回路と、
記各受信回路の出力信号に前記量子化された遅延量を付与する信号遅延回路と、
この信号遅延回路により遅延された前記各受信信号の出力信号を合成する信号合成装置を備えること
を特徴とする超音波診断装置。
A plurality of ultrasonic transducers arranged to transmit or receive ultrasonic signals;
A transmission circuit for supplying drive pulse signals to these ultrasonic transducers via a plurality of transmission / reception changeover switches;
A transmission beamforming control circuit for controlling a delay amount of the drive pulse supplied to the transmission circuit;
A plurality of receiving circuit where the ultrasonic signal the received by the ultrasonic transducers are supplied via the transmission and reception change-over switch,
A reception beamforming control circuit to which the output signals of these reception circuits are respectively supplied,
An ultrasonic diagnostic apparatus having a diagnostic mode for detecting blood flow velocity at a fixed focus,
The reception beamforming control circuit further includes:
An input device ;
A delay quantization amount determining device for determining a delay quantization amount based on the beam thickness selected by the input device;
A quantization circuit that quantizes the delay amount based on the delay quantization amount determined by the delay quantization amount determination device;
A signal delay circuit for imparting a delay amount in which the quantized output signal of the previous SL respective receiving circuits,
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising: a signal synthesizer that synthesizes the output signals of the received signals delayed by the signal delay circuit.
前記量子化回路は、前記送信ビームフォーミング制御回路が制御する遅延量に対しても量子化を施すThe quantization circuit also quantizes the delay amount controlled by the transmission beamforming control circuit.
請求項1に記載の超音波診断装置。The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1.
前記遅延量子化量決定装置の出力は前記送信ビームフォーミング制御回路にも供給され、送信及び受信ビームフォーミングの精度を、それぞれ独立に制御できることを特徴とする請求項1記載の超音波診断装置。   The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein an output of the delay quantization amount determination apparatus is also supplied to the transmission beamforming control circuit, and the accuracy of transmission and reception beamforming can be controlled independently of each other. 前記送信及び受信ビームフォーミングの精度は前記量子化決定装置の決定した遅延量子化量により選択されることを特徴とする請求項記載の超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 3, wherein the accuracy of the transmission and reception beamforming is selected according to a delay quantization amount determined by the quantization determination apparatus. 前記駆動パルスの遅延量は、前記送受信超音波信号の中心周波数と前記遅延量の量子化精度に基づいて決定することを特徴とする請求項1記載の超音波診断装置。The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the delay amount of the drive pulse is determined based on a center frequency of the transmitted / received ultrasonic signal and quantization accuracy of the delay amount. スキャン開始時に荒い量子化精度により量子化した遅延量により形成した広いビーム幅でスキャンを行い、その後細かい量子化精度により量子化した遅延量により形成した狭いビーム幅でスキャンを行うことを特徴とする請求項5記載の超音波診断装置。A scan is performed with a wide beam width formed by a delay amount quantized with rough quantization accuracy at the start of scanning, and then a scan is performed with a narrow beam width formed by a delay amount quantized with fine quantization accuracy. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 5.
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