JPH04193270A - Ultrasonic diagnosis apparatus - Google Patents
Ultrasonic diagnosis apparatusInfo
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- JPH04193270A JPH04193270A JP2328688A JP32868890A JPH04193270A JP H04193270 A JPH04193270 A JP H04193270A JP 2328688 A JP2328688 A JP 2328688A JP 32868890 A JP32868890 A JP 32868890A JP H04193270 A JPH04193270 A JP H04193270A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、超音波探触子により超音波の送受および走査
を行って超音波探触子の前方を映像化するだめに用い、
特に、微小な空洞や管の状況を診断するために用いるの
に適する超音波診断装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention is used for transmitting, receiving and scanning ultrasonic waves with an ultrasonic probe to visualize the area in front of the ultrasonic probe.
In particular, the present invention relates to an ultrasonic diagnostic device suitable for use in diagnosing conditions in minute cavities and tubes.
従来の技術
最近、微小な空洞や管の状況を診断するため、これら空
洞等に挿入可能な超小型超音波探触子を用いた超音波診
断装置が循環器系の医療分野等で注目を集めている。こ
のような超小型の超音波探触子としては、例えば、PR
,0CEEDING OF THEIEEE (プロシ
ーディング オブ デイ アイトリプルイー) VOL
76、 NO9,1988に記載されている構成が知ら
れている。以下、図面を参照しながら上記従来の超小型
の超音波探触子について説明する。Conventional technologyRecently, ultrasonic diagnostic equipment using ultra-small ultrasonic probes that can be inserted into minute cavities and tubes has been attracting attention in the medical field of the circulatory system, etc., in order to diagnose the condition of minute cavities and tubes. ing. As such an ultra-small ultrasonic probe, for example, PR
,0CEEDING OF THEIEEE VOL
76, No. 9, 1988 is known. The conventional ultra-small ultrasonic probe will be described below with reference to the drawings.
第11図は従来例における超音波探触子を示す先端部の
断面図である。第11図において、110は超音波探触
子であり、先端が閉塞された筒状の筺体114と、筐体
114の先端部側方に形成された音響窓113と、筺体
114内における音響窓113の前側で超音波送受信面
が音響窓113に対して直角方向となるように配置され
た超音波振動子111と、筐体114内における音響窓
113の後側で傾斜して配置され、超音波振動子111
から送信される超音波を音響窓113の外力へ反射させ
、音響窓113から返って来る反射超音波を超音波振動
子111へ反射させる音響反射板112とを備えている
。FIG. 11 is a sectional view of the tip of a conventional ultrasound probe. In FIG. 11, 110 is an ultrasonic probe, which includes a cylindrical housing 114 with a closed tip, an acoustic window 113 formed on the side of the tip of the housing 114, and an acoustic window inside the housing 114. The ultrasonic transducer 111 is disposed in front of the acoustic window 113 so that the ultrasonic transducer surface is perpendicular to the acoustic window 113, and the ultrasonic transducer 111 is disposed at an angle behind the acoustic window 113 in the housing 114. Sound wave vibrator 111
The acoustic reflection plate 112 reflects the ultrasonic waves transmitted from the acoustic window 113 to the external force of the acoustic window 113 and reflects the reflected ultrasonic waves returned from the acoustic window 113 to the ultrasonic transducer 111.
以上のような構成において、超音波振動子111から送
信された超音波は、音響反射板112により筐体114
の側力、すなわち、径方向に反射され、音響窓113を
通過して被検体の被検部位に向かう。In the above configuration, the ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic transducer 111 are reflected by the acoustic reflector 112 into the housing 114.
That is, the side force is reflected in the radial direction and passes through the acoustic window 113 toward the test region of the subject.
被検部位で反射された超音波は、送信と同じ経路を逆に
たどり、超音波振動子111により受信される。超音波
探触子110の先端部はその全体、またけその一部が回
転可能に構成されており、この回転により径方向の走査
が行われる。そして、上記受信信号が超音波診断装置本
体で処理されて画像化される。The ultrasonic waves reflected from the test site follow the same route as the transmission and are received by the ultrasonic transducer 111. The entire tip of the ultrasonic probe 110 and a portion thereof are configured to be rotatable, and scanning in the radial direction is performed by this rotation. The received signal is then processed by the ultrasound diagnostic apparatus main body and converted into an image.
発明が解決しようとする課題
しかし、以上のような従来例の構成では、超音波を筒状
の筺体114の径方向へ送信するようになっているため
、前方の走査、すなわち、映像化が困難であり、このだ
め、微小空洞や管の内部などの状況を的確に判断するこ
とができないという問題を有している。Problems to be Solved by the Invention However, in the configuration of the conventional example as described above, since the ultrasonic waves are transmitted in the radial direction of the cylindrical housing 114, forward scanning, that is, imaging is difficult. However, there is a problem in that it is not possible to accurately judge the situation inside microcavities or tubes.
本発明は、上記のような従来技術の問題を解決するもの
であり、超音波探触子の前方領域を広い領域で走査して
高い分解能で画像化することができ、したがって、微小
空洞や管内などの状況を的確に判断することができ、ま
た、超音波探触子の小型化を図ることができるようにし
た超音波診断装置を提供し、また、超音波振動子アレイ
のグレーティングローブを抑制することにより高分解能
化を図ることができると共に、超音波振動子数の少数化
を図ることができ、この少数化によりコストの低下を図
ることができるばかりでなく、超音波探触子の更に一層
の小型化を図ることができるようにした超音波診断装置
を提供することを目的とするものである。The present invention solves the problems of the prior art as described above, and is capable of scanning a wide area in front of an ultrasound probe and imaging it with high resolution. The present invention provides an ultrasonic diagnostic device that can accurately judge situations such as the By doing so, it is possible to increase the resolution and reduce the number of ultrasonic transducers, and this reduction not only makes it possible to reduce costs, but also to improve the ultrasonic transducer. It is an object of the present invention to provide an ultrasonic diagnostic apparatus that can be further miniaturized.
課題を解決するだめの手段
上記目的を達成するため、本発明の技術的解決手段は、
超音波を前方へ送信し、かつ反射超音波を受信する複数
の超音波振動子から成る超音波振動子アレイ、この超音
波振動子アレイの背後に設けられ、上記超音波振動子の
送受信を制御する電子回路を備えた超音波探触子と、上
記超音波振動子で受信した信号を開口合成方式により処
理する手段と、この処理データにより超音波探触子の前
方の画騰を構成する手段とを備えだものである。Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the technical solution of the present invention is as follows:
An ultrasonic transducer array consisting of a plurality of ultrasonic transducers that transmits ultrasonic waves forward and receives reflected ultrasonic waves, and is provided behind the ultrasonic transducer array to control transmission and reception of the ultrasonic transducers. an ultrasonic probe equipped with an electronic circuit, means for processing signals received by the ultrasonic transducer using an aperture synthesis method, and means for constructing an image in front of the ultrasonic probe using the processed data. It is something to be prepared for.
そして、上記開口合成方式による信号処理手段が超音波
振動子アレイのグレーティングローブを抑制するのが好
ましく、この超音波振動子アレイのグレーティングロー
ブの抑制に重み関数を用いることができる。また、広い
走査領域の情報を得るため、超音波探触子の前方領域を
扇形走査することができる。It is preferable that the signal processing means using the aperture synthesis method suppresses the grating lobes of the ultrasonic transducer array, and a weighting function can be used to suppress the grating lobes of the ultrasonic transducer array. Furthermore, in order to obtain information over a wide scanning area, the area in front of the ultrasound probe can be scanned in a fan-shaped manner.
作 用
したがって、本発明によれば、超音波振動子アレイを構
成している超音波振動子の少なくとも1個から超音波探
触子の前方の被検部に超音波を送信し、少なくとも1個
の超音波振動子により前方の被検部から反射された超音
波を受信し、電気信号に変換する。送受信に使用される
超音波振動子は、超音波探触子内の電子回路により切り
替え、上記動作を繰り返すことにより、超音波探触子の
前方領域を走査し、開口合成力式で受信信号を処理して
画像化することができる。そして、超音波振動子の切り
替え機能を有する電子回路をIC化等によシ超音波探触
子内部に設け、超音波診断装置本体と接続する信号線の
数を減少させることができる。Therefore, according to the present invention, ultrasonic waves are transmitted from at least one of the ultrasonic transducers constituting the ultrasonic transducer array to the test area in front of the ultrasonic probe, and The ultrasonic transducer receives the ultrasonic waves reflected from the area to be examined in front and converts them into electrical signals. The ultrasonic transducer used for transmission and reception is switched by an electronic circuit inside the ultrasonic probe, and by repeating the above operation, it scans the area in front of the ultrasonic probe and receives the received signal using the aperture composite force method. It can be processed and imaged. An electronic circuit having an ultrasonic transducer switching function is provided inside the ultrasonic probe by means of an IC or the like, thereby reducing the number of signal lines connected to the main body of the ultrasonic diagnostic apparatus.
また、開口合成力式による信号処理を行う手段において
、超音波振動子アレイで問題となるグレーティングロー
ブを抑制するようにし、この抑制に重み関数を使用する
ことにより、超音波振動子アレイの素子数を増やすこと
なく、高分解能化を図ることができるので、制御電子回
路の構成を簡素化することができる。In addition, in the means of signal processing using the aperture composite force formula, grating lobes that are a problem in ultrasonic transducer arrays are suppressed, and by using a weighting function for this suppression, the number of elements in the ultrasonic transducer array is reduced. Since high resolution can be achieved without increasing the number of pixels, the configuration of the control electronic circuit can be simplified.
実施例
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。EXAMPLES Hereinafter, examples of the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、本発明の第1の実施例について説明する。First, a first embodiment of the present invention will be described.
第1図ないし第3図は本発明の第1の実施例における超
音波診断装置を示し、第1図は超音波探触子の斜視図、
第2図は超音波探触子の断面図、第3図は超音波診断装
置全体の機能ブロック図である。1 to 3 show an ultrasonic diagnostic apparatus according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1 is a perspective view of an ultrasonic probe;
FIG. 2 is a sectional view of the ultrasound probe, and FIG. 3 is a functional block diagram of the entire ultrasound diagnostic apparatus.
第1図および第2図において、1は超音波探触子であシ
、筒状の筺体2と、匣体2の先端部に設けられ、音響レ
ンズ、整合層、バッキング層等を含む超音波振動子アレ
イ3と、この超音波振動子アレイ3の背後に設けられた
関連電子回路4とを備えている。超音波探触子1の内部
空洞5には制御信号、送受信信号伝達のための複数本の
信号線が配線される。超音波振動子アレイ3は複数の微
小超音波振動子により構成されており、超音波の送受信
面が超音波探触子1の前方を向くように配置され、図示
例ではりニアアレイを形成している。In FIGS. 1 and 2, reference numeral 1 denotes an ultrasonic probe, which is equipped with a cylindrical housing 2, an ultrasonic probe provided at the tip of the housing 2, and includes an acoustic lens, a matching layer, a backing layer, etc. The ultrasonic transducer array 3 includes a transducer array 3 and an associated electronic circuit 4 provided behind the ultrasonic transducer array 3. A plurality of signal lines for transmitting control signals and transmission/reception signals are wired in the internal cavity 5 of the ultrasound probe 1 . The ultrasonic transducer array 3 is composed of a plurality of micro ultrasonic transducers, arranged so that the ultrasonic transmitting/receiving surface faces the front of the ultrasonic probe 1, and forms a linear array in the illustrated example. There is.
関連電子回路4はチャンネル切シ替え、スイッチ等の機
能を有し、超音波の送受信に際して超音波振動子アレイ
3の超音波振動子を切り替えることができる。関連電子
回路4は上記複数本の信号線によって超音波診断装置本
体と接続されている。The related electronic circuit 4 has functions such as channel switching and switching, and can switch the ultrasonic transducers of the ultrasonic transducer array 3 when transmitting and receiving ultrasonic waves. The related electronic circuit 4 is connected to the main body of the ultrasonic diagnostic apparatus through the plurality of signal lines.
超音波診断装置本体について説明すると、第3図におい
て、6は超音波探触子1内の電子回路制御のだめの制御
回路部、7は超音波振動子アレイ3の超音波振動子に送
信信号を供給する送信回路部、8は超音波振動子アレイ
3の超音波振動子により受信されて変換された電気信号
の増幅等のための受信回路部、9は受信回路部8で処理
された信号をディジタル信号に変換するA/D変換器、
10はA/D変換器9から送出されるディジタル信号を
記憶するメモリ、11はメモリ10に記憶されているデ
ィジタル信号データを開口合成方式により画像表示のた
めのデータに変換する信号処理部、12はディジタルス
キャンコンバータラ含み、信号処理部11で処理された
データをビデオ信号に変換する画像構成部、13は上記
各部を制御するコントローラ部、14は画像構成部12
から送出されたビデオ信号により画像表示するCRT(
陰極線管)である。To explain the main body of the ultrasonic diagnostic apparatus, in FIG. 8 is a receiving circuit section for amplifying the electrical signals received and converted by the ultrasonic transducers of the ultrasonic transducer array 3; 9 is a receiving circuit section for amplifying the electrical signals processed by the receiving circuit section 8; A/D converter that converts into a digital signal,
10 is a memory that stores the digital signal sent from the A/D converter 9; 11 is a signal processing unit that converts the digital signal data stored in the memory 10 into data for displaying an image using an aperture synthesis method; 12; 1 includes a digital scan converter, an image composition section that converts the data processed by the signal processing section 11 into a video signal, 13 a controller section that controls each of the above parts, and 14 an image composition section 12
A CRT (CRT) that displays images using video signals sent from
cathode ray tube).
以上の構成において、以下、その動作について説明する
。The operation of the above configuration will be described below.
まず、制御回路部6の制御信号を受けた関連電子回路4
において選択され、超音波振動子アレイ3を構成する微
小超音波振動子のうちの少なくとも1個に送信回路部7
から超音波送信信号を供給し、この微小超音波振動子か
ら超音波パルスを超音波探触子1の前方領域に送信する
。超音波探触子1の前方領域に送信された超音波パルス
の一部は、そこに存在する被検部により反射され、超音
波探触子1の超音波振動子アレイ3に達する。制御回路
部6から送出された制御信号により電子回路4において
選択された少なくとも1個の微小超音波振動子により受
信された超音波パルスは、電気信号に変換され、電子回
路4を介して受信回路部8に送出される。このように、
電子回路4は制御回路部6から送出される制御信号によ
り、送受信時のチャンネルの選択を行い、これによシ超
音波探触子1の前方領域を走査することができる。First, the related electronic circuit 4 receives a control signal from the control circuit section 6.
A transmission circuit unit 7 is connected to at least one of the micro ultrasonic transducers selected in the ultrasonic transducer array 3.
An ultrasonic transmission signal is supplied from the micro ultrasonic transducer, and an ultrasonic pulse is transmitted to the front region of the ultrasonic probe 1 from this micro ultrasonic transducer. A part of the ultrasonic pulses transmitted to the front region of the ultrasound probe 1 is reflected by the object to be examined existing there, and reaches the ultrasound transducer array 3 of the ultrasound probe 1 . The ultrasonic pulse received by at least one micro ultrasonic transducer selected in the electronic circuit 4 by the control signal sent from the control circuit section 6 is converted into an electric signal, and is sent to the receiving circuit via the electronic circuit 4. The information is sent to section 8. in this way,
The electronic circuit 4 selects a channel for transmission and reception based on a control signal sent from the control circuit section 6, and can thereby scan the area in front of the ultrasound probe 1.
上記のように微小超音波振動子から受信回路部8に送出
された受信信号は、この受信回路部8において増幅等の
処理を受け、A/D変換器9においてディジタル量に変
換された後、メモリ1oに記憶される。この動作は画像
化に必要なデータがすべて収容されるまで繰り返される
。メモリ1゜に′記憶された受信信号データは、適宜、
信号処理部11によって読み出され、高分解能と必要な
走査範囲を実現する開口合成方式により、遅延、重み付
け、加算等の処理を受け、画像データとなり、合成され
た画像データは、画像構成部12 K送られてヒデオ信
号化され、CRT14に表示される。The received signal sent from the micro ultrasonic transducer to the receiving circuit section 8 as described above undergoes processing such as amplification in the receiving circuit section 8, and is converted into a digital quantity by the A/D converter 9. It is stored in memory 1o. This operation is repeated until all the data required for imaging has been accommodated. The received signal data stored in the memory 1° is
The image data is read out by the signal processing unit 11 and subjected to processing such as delay, weighting, and addition using an aperture synthesis method that achieves high resolution and the necessary scanning range, and becomes image data. K is sent, converted into a video signal, and displayed on the CRT 14.
これらの一連の動作は、タイムベースを含むコントロー
ルg13 により制御される。These series of operations are controlled by a control g13 including a time base.
このように、本実施例によれば、超音波探触子lの前方
領域を走査して画1象を得ることができ、また、開口合
成方式により、高い分解能と広い走査領域を実現するこ
とができる。本実施例に用いる超音波探触子1は、直径
を2−以下とし、血管等の微小な空洞、あるいは管構造
に挿入して使用するのに適するが、上記のように超音波
探触子1の前方を走査することができるので、空洞、あ
るいは管構造の閉塞等の状態を的確に観察することが可
能である。また、超音波探触子1の寸法の関係から、そ
の内部に信号線を多数本、設けることができないので、
関連電子回路4を超音波振動子の背後に設けることによ
り、信号線の数を減少させることができ、更に、関連電
子回路4をICチップ化することにより超音波探触子1
の小型化を図ることができる。また、使用される超音波
の周波数は、超音波探触子1、あるいは空洞、管構造の
大きさ、分解能、超音波の減衰などを考慮して20MH
zから40■セが適当であり、超音波振動子としてはP
VDF等の高分子圧電材料を用いるのが望ましい。As described above, according to this embodiment, one image can be obtained by scanning the area in front of the ultrasound probe l, and high resolution and a wide scanning area can be achieved by using the aperture synthesis method. I can do it. The ultrasonic probe 1 used in this embodiment has a diameter of 2 mm or less and is suitable for use by being inserted into a minute cavity such as a blood vessel or a tube structure. Since the front of the tube can be scanned, it is possible to accurately observe conditions such as occlusion of cavities or tube structures. Furthermore, due to the dimensions of the ultrasonic probe 1, it is not possible to provide many signal lines inside it.
By providing the related electronic circuit 4 behind the ultrasonic transducer, the number of signal lines can be reduced, and further, by making the related electronic circuit 4 into an IC chip, the ultrasonic probe 1
can be made smaller. In addition, the frequency of the ultrasonic waves used is 20 MH, taking into consideration the size of the ultrasonic probe 1, cavity, tube structure, resolution, ultrasonic attenuation, etc.
From z to 40cm is appropriate, and as an ultrasonic transducer, P
It is desirable to use a polymeric piezoelectric material such as VDF.
次に、本発明の第2の実施例について説明する。Next, a second embodiment of the present invention will be described.
第4図および第5図は本発明の第2の実施例における超
音波診断装置を示し、第4図は超音波探触子の断面図、
第5図は開口合成力式の信号処理部の機能ブロック図、
第6図は上記実施例における開口合成時に使用する重み
関数の概念図である。4 and 5 show an ultrasonic diagnostic apparatus according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a cross-sectional view of an ultrasonic probe,
Figure 5 is a functional block diagram of the aperture composite power type signal processing section.
FIG. 6 is a conceptual diagram of a weighting function used during aperture synthesis in the above embodiment.
本実施例においては、上記第1の実施例と同一の構成要
素については同一符号を付し、異なる内容について説明
する。第4図において、3aは超音波振動子アレイ3を
構成する微小超音波振動子であり、同一の超音波振動子
3aにより送受信を行い、送受信の過程で複雑な制御を
必要としないようにし、関連電子回路4として、超音波
振動子3a のテヤンイ・ル数分の切り替え機能を有す
るアナログマルチプレクサを用いて簡素化し、信号線の
数を減少させるようにしている。単一の超音波振動子3
aは無指向性に近いブロードな指向性15 を持ち、1
回の送受信により超音波探触子1の前方部の広い範囲か
らの反射超音波が受信され、信号線を介して超音波診断
装置本体に送られ、上記第1の実施例と同様に処理され
、メモ!1lffiで記憶されるように麿っている。な
お、第4図中の符号16は超音波振動子アレイ3の扇状
走査領域を示している。In this embodiment, the same components as in the first embodiment are given the same reference numerals, and different contents will be explained. In FIG. 4, 3a is a micro ultrasonic transducer constituting the ultrasonic transducer array 3, and the same ultrasonic transducer 3a performs transmission and reception so that complicated control is not required in the process of transmission and reception. As the related electronic circuit 4, an analog multiplexer having a switching function corresponding to the number of ultrasonic transducers 3a is used to simplify the structure and reduce the number of signal lines. Single ultrasonic transducer 3
a has a broad directivity 15 close to omnidirectional, and 1
By this transmission and reception, reflected ultrasound from a wide range in front of the ultrasound probe 1 is received, sent to the ultrasound diagnostic apparatus main body via the signal line, and processed in the same manner as in the first embodiment. , memo! It seems like it will be remembered in 1lffi. Note that reference numeral 16 in FIG. 4 indicates a fan-shaped scanning area of the ultrasonic transducer array 3.
第5図において、17はメモリIOの読み出し位置を制
御する可変焦点コントローラ、18I″i可変重み、1
9はメモリ10から読み比されたデータと重み18を乗
算する乗算器、20は各乗数器19の乗算結果を加算す
る加算器である。In FIG. 5, 17 is a variable focus controller that controls the read position of the memory IO, 18I''i variable weight, 1
A multiplier 9 multiplies the read ratio data from the memory 10 by a weight 18, and an adder 20 adds the multiplication results of each multiplier 19.
そしτ、まず、送受信後にメモリ10に記憶された受信
データは、各超音波振動子3aから画像化の対象点まで
の往復距離に応じて可変焦点コントローラ17の制御に
よシ番地が計算され、それぞれの番地のデータがメモリ
10から読み出される。次に、乗算器19でそれぞれの
データに、画像化対象点から各超音波振動子3aまでの
距離に応じて可変された重み18を掛け、加算器20に
おいて加算し、画像化対象点に対する画像データを得る
。本実施例においては、扇状走査領域16の各画像化対
象点に対して上記の操作を実施し、1lIIiI像分の
データを構成する。Then, τ, first, the address of the received data stored in the memory 10 after transmission and reception is calculated under the control of the variable focus controller 17 according to the round trip distance from each ultrasonic transducer 3a to the imaging target point. Data at each address is read from the memory 10. Next, a multiplier 19 multiplies each data by a weight 18 that is varied according to the distance from the imaging target point to each ultrasonic transducer 3a, and an adder 20 adds the weights to each data to create an image for the imaging target point. Get data. In this embodiment, the above operation is performed for each imaging target point in the fan-shaped scanning area 16, and data for 1lIIIiI images is constructed.
第6図において、21は超音波振動子アレイ3が連続す
る超音波振動子であった場合における画像化対象点まで
の送受を考慮しだ伝搬経路の分布を表わしており、22
id各超音波振動子3aの受信信号データに対する重み
関数を示している。超音波振動子アレイ3の場合には、
通常のサイトローブの他に、超音波振動子3aの配列間
隔に起因するグレーティングローブが問題となる。本実
施例では、超音波振動子アレイ3aを多くても 10素
子程度の少数で構成しているため、グレーティングロー
ブを抑制することができるか否かが大きな問題となる。In FIG. 6, 21 represents the distribution of propagation paths in consideration of transmission and reception to the imaging target point when the ultrasound transducer array 3 is a continuous ultrasound transducer, and 22
id shows a weighting function for received signal data of each ultrasonic transducer 3a. In the case of the ultrasonic transducer array 3,
In addition to normal sight lobes, grating lobes caused by the arrangement spacing of the ultrasonic transducers 3a pose a problem. In this embodiment, since the ultrasonic transducer array 3a is composed of a small number of about 10 elements at most, a major problem is whether grating lobes can be suppressed.
超音波振動子アレイ3が連続であるとし、その伝搬経路
分布21 に超音波振動子アレイ3の実際の伝搬経路分
布を近づけるような重み関数22を付加することにより
、グレーティングローブを軽減することが可能となる。Assuming that the ultrasonic transducer array 3 is continuous, grating lobes can be reduced by adding a weighting function 22 that brings the actual propagation path distribution of the ultrasonic transducer array 3 closer to its propagation path distribution 21 . It becomes possible.
2次元の直線超音波振動子を想定した場合、ある画像化
対象点までの片道の距離をRとして、伝搬経路分布を確
率的に表現すれば、次式のようになる。Assuming a two-dimensional linear ultrasonic transducer, if the one-way distance to a certain imaging target point is R, and the propagation path distribution is expressed stochastically, the following equation is obtained.
ここで、Yは超音波振動子3aを含む直線と画像化対象
点までの距離である。往復の伝搬経路分布は、(1)式
のコンボリューションとして次式のようになる。Here, Y is the distance between the straight line including the ultrasound transducer 3a and the imaging target point. The round-trip propagation path distribution is expressed as the following equation as a convolution of equation (1).
pt r (r)−p (R1)* p (r)
、、、(2)(1)、(2)式はりニ
アアレイの場合の重み関数の指標となる。伝搬経路分布
は、コンペクスアレイ等でも計算が可能であり、超音波
振動子アレイ3の形状に対応して異外るものが必要であ
る。pt r (r)-p (R1)* p (r)
, , (2) Equations (1) and (2) serve as an index of the weighting function in the case of a linear array. The propagation path distribution can be calculated using a compex array or the like, and a distribution that differs depending on the shape of the ultrasonic transducer array 3 is required.
以下、第7図から第10図を参照しながら、本実施例の
画像構成の流れについて、詳細に説明する。The flow of image configuration in this embodiment will be described in detail below with reference to FIGS. 7 to 10.
第7図において、71は本方式における合成RFライン
、72は扇状走査の中心点、73は、点反射体、74は
各超音波振動子41と点反射体73に対応した送受波の
伝搬経路を示している。In FIG. 7, 71 is a composite RF line in this method, 72 is the center point of fan-shaped scanning, 73 is a point reflector, and 74 is a propagation path of transmitted and received waves corresponding to each ultrasonic transducer 41 and point reflector 73. It shows.
第7図に示されるように、扇状走査領域の中ノL・点を
超音波振動子より後方に移動させることにより、カテー
テルの直前における死角をなくし、より広い視野を実現
できる。したがって、受信信号のRF倍信号、扇状走査
領域の中心72を通る合成RFライン71 のように合
成される。As shown in FIG. 7, by moving the center L point of the fan-shaped scanning area to the rear of the ultrasonic transducer, a blind spot in front of the catheter can be eliminated and a wider field of view can be achieved. Therefore, the RF multiplied signal of the received signal is synthesized as a composite RF line 71 passing through the center 72 of the fan-shaped scanning area.
第8図は本方式における受信信号処理の流れを示してお
り、81は走査領域43内A点に点反射体が存在すると
き、メモリ内に記録された受信波形データ、82はA点
におけるRF倍信号合成する場合の各超音波振動子に対
応したメモリからのデータの取シ出し位置、83.84
は同様に、走査領域内のB点、0点に対応したデータの
取り出し位置を示している。FIG. 8 shows the flow of received signal processing in this method, where 81 is the received waveform data recorded in the memory when a point reflector exists at point A in the scanning area 43, and 82 is the RF waveform data at point A. Data retrieval position from memory corresponding to each ultrasonic transducer when performing double signal synthesis, 83.84
Similarly, indicates the data extraction position corresponding to point B and point 0 within the scanning area.
本実施例では、上述のように超音波振動子41の送受信
は、1素子ごとに行われ、その制御はアナログマルチプ
レクサ44によりなされる。1素子分の受信信号は受信
回路部7により適当な増幅を受けた後、A/D8により
ディジタル化され素子数の数だけ用意されたメモリに記
録される。第8図は、7素子、7メモリの場合に走査領
域内のA点に点反射体を配置したときの各超音波振動子
41 に対応する受波波形データを模式的に示したもの
であり、走査領域43内の位置の違いにより各素子に対
応するメモリ9内の取り比し位置が変化する。受波波形
データの取り出しは、第7図の合成RFライン71に沿
って順次行われる。In this embodiment, as described above, transmission and reception of the ultrasonic transducer 41 is performed for each element, and the control thereof is performed by the analog multiplexer 44. The received signal for one element is suitably amplified by the receiving circuit section 7, then digitized by the A/D 8 and recorded in memories prepared as many times as the number of elements. FIG. 8 schematically shows the received waveform data corresponding to each ultrasonic transducer 41 when a point reflector is placed at point A in the scanning area in the case of 7 elements and 7 memories. , the relative position in the memory 9 corresponding to each element changes due to the difference in position within the scanning area 43. Retrieval of received waveform data is performed sequentially along the composite RF line 71 in FIG.
第9図は、受波波形メモリ9からデータが取り比された
後の信号処理系の詳細な説明図であり、91は走査領域
の各点における各超音波振動子41 の受波データに対
する重み値を記録している重みマツプ、92はメモリか
ら素子の数だけ取り出された波形データ、93は乗算器
52、加算器53を経て合成されだRF倍信号94は上
記の合成RF倍信号画像のダイナミックレンジに適合す
るように圧縮し、検波して画像データとする処理部、9
5は、画像データを記録する画像メモリ、そして96は
画像メモリ95内にストアされた画像データを模式的に
表現したものである。FIG. 9 is a detailed explanatory diagram of the signal processing system after the data is extracted from the received waveform memory 9, and 91 is a weight for the received wave data of each ultrasonic transducer 41 at each point in the scanning area. A weight map that records values, 92 is waveform data taken out from the memory as many times as the number of elements, 93 is synthesized via the multiplier 52 and adder 53, and the RF multiplied signal 94 is the synthesized RF multiplied signal image described above. a processing unit that compresses and detects image data to suit the dynamic range; 9;
5 is an image memory for recording image data, and 96 is a schematic representation of the image data stored in the image memory 95.
グレーティングローブ抑制のだめの重み値は、あらかじ
め計算されて、各超音波振動子41毎に重みマ、ブ91
に記憶されている。合成RFライン71上の画像化対象
点に対応した重み値が、各超音波振動子41毎に読み比
されて、乗算器52において各画像データ92に乗算さ
れ、加算器53 において足し合わされ、処理中の画像
化対象点に対する合成RF信号値となる。合成RFライ
ン71上のすべての画1象化対象点について上記重み付
加、加算処理を行なうことにより、1ライン分の合成R
F倍信号3が構成され、この過程を走査領域全体に施す
ことによシ、1画面分の画像データが画像メモリ95内
にストアされる。第9図の画像データ96は第8図にお
いて走査領域43内のA点に点反射体を配置した場合の
ものであり、中央付近の画像データに点反射体の信号が
みられることを示している。The weight values for grating lobe suppression are calculated in advance for each ultrasonic transducer 41.
is stored in The weight values corresponding to the imaging target points on the composite RF line 71 are compared for each ultrasonic transducer 41, multiplied by each image data 92 in a multiplier 52, added together in an adder 53, and processed. This is the composite RF signal value for the imaging target point inside. By performing the above-mentioned weighting and addition processing on all the image visualization target points on the composite RF line 71, the composite R for one line is
An F-fold signal 3 is constructed, and by applying this process to the entire scanning area, one screen worth of image data is stored in the image memory 95. Image data 96 in FIG. 9 is obtained when a point reflector is placed at point A in the scanning area 43 in FIG. 8, and shows that the signal of the point reflector is seen in the image data near the center. There is.
第10図は、画〜データ構成後の処理と超音波断層像を
示したものであり、101はDSC1102は表示領域
、そして103は超音波断層像である。FIG. 10 shows processing after image to data configuration and an ultrasonic tomographic image, where 101 is a display area of the DSC 1102, and 103 is an ultrasonic tomographic image.
画像メモリ95にストアされた画像データ 96は、順
次読みだされDSCによりビデオ信号に変換され、CR
T13上に表示される。走査領域が扇状であることから
、表示領域102も扇状であり、実形状に対応した超音
波断層@103となる。第10図の超音波断層@103
ば、第8図、第9図と同様に第8図の走査領域43内の
A点に点反射体が存在する場合の超音波断層像であり、
表示領域の中心付近に点反射点の隊が表示される。The image data 96 stored in the image memory 95 is sequentially read out and converted into a video signal by the DSC, and the CR
Displayed on T13. Since the scanning area is fan-shaped, the display area 102 is also fan-shaped, resulting in an ultrasonic tomogram @103 corresponding to the actual shape. Ultrasonic cross section in Figure 10 @103
For example, similar to FIGS. 8 and 9, this is an ultrasonic tomographic image when a point reflector exists at point A in the scanning area 43 of FIG.
A group of reflective points is displayed near the center of the display area.
このように、本実施例では、送受信を同一の超音波振動
子とすることによシ、関連電子回路を簡素化することが
でき、超音波探触子の小型化に適する。まだ、開口合成
方式により、高分解能化を図ることができ、その際の伝
搬経路分布を考慮した重み関数の付加により、グレーテ
ィングローブの抑制を図り、少ない超音波振動子数で超
音波探触子の前方領域を画像化することが可能となる。As described above, in this embodiment, by using the same ultrasonic transducer for transmitting and receiving, the related electronic circuit can be simplified, and it is suitable for miniaturizing the ultrasonic probe. However, it is still possible to achieve high resolution using the aperture synthesis method, and by adding a weighting function that takes into account the propagation path distribution, grating lobes can be suppressed, making it possible to create an ultrasonic probe with a small number of ultrasonic transducers. It becomes possible to image the front area of the
発明の詳細
な説明したように本発明によれば、超音波を前方へ送信
し、かつ反射超音波を受信する複数の超音波振動子から
成る超音波振動子アレイ、この超音波振動子アレイの背
後に設けられ、上記超音波振動子の送受信を制御する電
子回路を備えた超音波探触子と、上記超音波振動子で受
信した信号を開口合成力式により処理する手段と、この
処理データによす゛超音波探触子の前方の画像を構成す
る手段とを備えているので、超音波探触子の前方領域を
広い領域で走査して高い分解能で画像化することができ
、したがって、空洞や管構造力どの状況を的確に判断す
ることができる。また、超音波振動子の切り替え機能を
有する電子回路を超音波探触子の内部に設け、超音波診
断装置本体と接続する信号線の数を減少させることがで
きるので、超音波探触子の小型化を図ることができる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION According to the present invention, there is provided an ultrasonic transducer array comprising a plurality of ultrasonic transducers that transmit ultrasound forward and receive reflected ultrasound; an ultrasonic probe provided at the back and equipped with an electronic circuit for controlling transmission and reception of the ultrasonic transducer; a means for processing the signal received by the ultrasonic transducer using an aperture synthetic force method; and processing data of the ultrasonic probe. Since it is equipped with a means for composing an image in front of the ultrasound probe, it is possible to scan a wide area in front of the ultrasound probe and image it with high resolution. Conditions such as cavities and pipe structural forces can be accurately determined. In addition, an electronic circuit with an ultrasonic transducer switching function is installed inside the ultrasonic probe, reducing the number of signal lines connected to the ultrasonic diagnostic equipment body. Miniaturization can be achieved.
また、開口合成力式による信号処理を行う手段において
、超音波振動子アレイで問題と力るグレーティングロー
ブを抑制するようにし、この抑制に伝搬経路分布を考慮
した重み関数を使用することによシ、超音波振動子アレ
イの素子数を増やすことなく、高分解能化を図ることが
できるので、関連電子回路をより簡素化することができ
る。したがって、コストの低化を図ることができ、超音
波探触子の更に一層の小型化を図ることができる。In addition, in the means of signal processing using the aperture composite force formula, the grating lobes that cause problems in the ultrasonic transducer array are suppressed, and a weighting function that takes into account the propagation path distribution is used to suppress this problem. Since high resolution can be achieved without increasing the number of elements in the ultrasonic transducer array, related electronic circuits can be further simplified. Therefore, it is possible to reduce costs and further downsize the ultrasonic probe.
第1図ないし第3図は本発明の第1の実施例における超
音波診断装置を示1−1第1図は超音波探触子の斜視図
、第2図は超音波探触子の断面図、第3図は超音波診断
装置全体の機能ブロック図、第4図および第5図は本発
明の第2の実施例における超音波診断装置を示し、第4
図は超音波探触子の断面図、第5図は開口合成方式の信
号処理部の機能ブロック図、第6図は上記実施例におけ
る開口合成時に使用する重み関数の概念図、第7図は本
発明における扇状走査領域の説明図、第8図ないし第1
0 図は本発明における受信信号処理および囲障構成過
程の詳細な説明図、第11図は従来例における超音波探
触子を示す断面図である。
1・・・超音波探触子、3・・・超音波振動子アレイ、
3a・ 超音波振動子、4 ・関連電子回路、5・内部
空洞、6・・・制御回路部、7 送信回路部、8・・受
信回路部、9・・・A/D変換器、10・・・メモリ、
11・・・信号処理部、12・・・画像構成部、13・
・・コントローラ部、14 ・ CRT、15 ・超
音波振動子の指向性、16・・走査領域、17・ 可変
焦点コントローラ、185T変重み、19・・ 乗算器
、 20加算器、21・ 伝搬経路分布、22・・重み
関数、71−・ 合成RFライン、72 ・扇状走査
領域の中心、73・ 点反射体、74 送受波の伝搬
経路、81・・波形データ、82− A点のデータ取シ
出し位置、83・・・B点のデータ取り出し位置、84
・・0点のデータ取り出し位置、91・・重みマツプ
、92・・・波形データ、93・・合成RF倍信号94
・処理部、95・・・画像メモリ、96−・国際デ
ータ、101・・・DSC1102・表示領域、103
超音波断層像。
代理人の氏名 弁理士 小鍜治 明 ほか2名第1
図
第4図
第6図
Rmin Rmax
@ 遍
派 ”
ヘ
レ
岐
掘Figures 1 to 3 show an ultrasonic diagnostic apparatus according to a first embodiment of the present invention. 1-1 Figure 1 is a perspective view of an ultrasound probe, and Figure 2 is a cross-section of the ultrasound probe. 3 and 3 are functional block diagrams of the entire ultrasonic diagnostic apparatus, FIGS. 4 and 5 show the ultrasonic diagnostic apparatus according to the second embodiment of the present invention, and FIG.
The figure is a cross-sectional view of the ultrasonic probe, Figure 5 is a functional block diagram of the signal processing section of the aperture synthesis method, Figure 6 is a conceptual diagram of the weighting function used during aperture synthesis in the above embodiment, and Figure 7 is Explanatory diagrams of the fan-shaped scanning area in the present invention, FIGS. 8 to 1
0 is a detailed explanatory diagram of the received signal processing and enclosure construction process in the present invention, and FIG. 11 is a sectional view showing an ultrasound probe in a conventional example. 1... Ultrasonic probe, 3... Ultrasonic transducer array,
3a. Ultrasonic transducer, 4. Associated electronic circuit, 5. Internal cavity, 6. Control circuit section, 7. Transmission circuit section, 8.. Receiving circuit section, 9. A/D converter, 10. ··memory,
11... Signal processing section, 12... Image composition section, 13.
... Controller section, 14. CRT, 15. Directivity of ultrasonic transducer, 16. Scanning area, 17. Variable focus controller, 185T variable weight, 19. Multiplier, 20 Adder, 21. Propagation path distribution. , 22... Weighting function, 71-- Composite RF line, 72 - Center of fan-shaped scanning area, 73- Point reflector, 74 Transmission/reception wave propagation path, 81... Waveform data, 82- Data extraction at point A. Position, 83...Data retrieval position of point B, 84
... Data extraction position of 0 point, 91 ... Weight map, 92 ... Waveform data, 93 ... Combined RF multiplied signal 94
・Processing unit, 95... Image memory, 96-・International data, 101... DSC1102・Display area, 103
Ultrasound tomogram. Name of agent: Patent attorney Akira Okaji and two others 1st
Figure 4 Figure 6 Rmin Rmax @ Henha ” Helle Gihori
Claims (4)
る複数の超音波振動子から成る超音波振動子アレイ、こ
の超音波振動子アレイの背後に設けられ、上記超音波振
動子の送受信を制御する電子回路を備えた超音波探触子
と、上記超音波振動子で受信した信号を開口合成方式に
より処理する手段、この処理データにより超音波探触子
の前方の画像を構成する手段とを備えた超音波診断装置
。(1) An ultrasonic transducer array consisting of a plurality of ultrasonic transducers that transmits ultrasonic waves forward and receives reflected ultrasonic waves; An ultrasonic probe equipped with an electronic circuit for controlling transmission and reception, means for processing signals received by the ultrasonic transducer using an aperture synthesis method, and an image in front of the ultrasonic probe is constructed using this processed data. An ultrasonic diagnostic device comprising means.
アレイのグレーティングローブを抑制する請求項1記載
の超音波診断装置。(2) The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the signal processing means using an aperture synthesis method suppresses grating lobes of the ultrasonic transducer array.
制に重み関数を用いる請求項2記載の超音波診断装置。(3) The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 2, wherein a weighting function is used to suppress grating lobes of the ultrasonic transducer array.
1ないし3のいずれかに記載の超音波診断装置。(4) The ultrasonic diagnostic apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the front area of the ultrasonic probe is scanned in a fan-like manner.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2328688A JPH04193270A (en) | 1990-11-27 | 1990-11-27 | Ultrasonic diagnosis apparatus |
US07/672,413 US5161537A (en) | 1990-03-26 | 1991-03-20 | Ultrasonic diagnostic system |
DE69131388T DE69131388T2 (en) | 1990-03-26 | 1991-03-22 | Ultrasound diagnostic system |
EP91104566A EP0450431B1 (en) | 1990-03-26 | 1991-03-22 | Ultrasonic diagnostic system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2328688A JPH04193270A (en) | 1990-11-27 | 1990-11-27 | Ultrasonic diagnosis apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04193270A true JPH04193270A (en) | 1992-07-13 |
Family
ID=18213059
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2328688A Pending JPH04193270A (en) | 1990-03-26 | 1990-11-27 | Ultrasonic diagnosis apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04193270A (en) |
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