超音波診断装置および超音波画像生成方法
【課題】高画質の画像を得ながらも省電力化を図ることができる超音波診断装置を提供する。
【解決手段】マルチプレクサ５が一対の入力端子ａおよびｂを所定のサンプリング周期で交互に出力端子ｃに接続することにより、入力端子ａおよびｂに接続されている２チャンネル分の受信信号が１つの受信信号処理部６で順次処理されてそれぞれ受信データが生成され、データ格納部７に格納される。整相加算部８により、これらの時間差のある受信データに対してビームフォーミングが行われ、音線信号が生成される。
【解決手段】マルチプレクサ５が一対の入力端子ａおよびｂを所定のサンプリング周期で交互に出力端子ｃに接続することにより、入力端子ａおよびｂに接続されている２チャンネル分の受信信号が１つの受信信号処理部６で順次処理されてそれぞれ受信データが生成され、データ格納部７に格納される。整相加算部８により、これらの時間差のある受信データに対してビームフォーミングが行われ、音線信号が生成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超音波診断装置および超音波画像生成方法に係り、特に、超音波プローブの振動子アレイから超音波を送受信することにより生成された超音波画像に基づいて診断を行う超音波診断装置の省電力化に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、医療分野において、超音波画像を利用した超音波診断装置が実用化されている。一般に、この種の超音波診断装置は、振動子アレイを内蔵した超音波プローブと、この超音波プローブに接続された装置本体とを有しており、超音波プローブから被検体に向けて超音波を送信し、被検体からの超音波エコーを超音波プローブで受信して、その受信信号を装置本体で電気的に処理することにより超音波画像が生成される。
【０００３】
近年、ベッドサイドや救急医療現場等に搬送して使用することができるポータブル型の超音波診断装置が開発されているが、このような超音波診断装置では、その電源にバッテリが用いられており、装置の消費電力が連続使用時間に大きな影響を及ぼすこととなる。また、消費電力が大きいと、装置内の発熱量も大きくなるので、放熱対策のために装置サイズの大型化を余儀なくされ、ポータブル型という利便性が損なわれてしまう。
【０００４】
特に、超音波プローブと装置本体とを無線接続するワイヤレスプローブ等では、振動子からの超音波の送信および超音波エコーの受信に関わる送受信回路を小さなプローブ内に配置する必要があるため、これらの回路の大幅な省電力化が要求される。
送受信回路の実装個数を削減すれば、それだけ省電力化を図ることができるが、送受信回路の数に伴って同時開口数が減少すると、高画質の画像を得ることができなくなってしまう。
【０００５】
特許文献１には、微小角の偏向を行う場合でも広い開口での受信を可能にする目的で、隣接する複数の振動子の信号を不均等に加算して受信信号数を減少させた後にデジタル変換してビームフォーマで整相遅延加算を行うようにした超音波診断装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１３９９１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の装置では、受信信号数を減少させても、その減少した受信信号数に対応する数の受信信号処理部が必要となり、プローブ内の省電力化を図ることは困難である。
この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、高画質の画像を得ながらも省電力化を図ることができる超音波診断装置および超音波画像生成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る超音波診断装置は、超音波プローブの振動子アレイから被検体に向けて超音波ビームが送信されると共に被検体による超音波エコーを受信した超音波プローブの振動子アレイから出力された受信信号を処理し、処理された受信信号に基づいて超音波画像を生成する超音波診断装置であって、超音波プローブの振動子アレイから出力された複数チャンネルの受信信号のうちＮチャンネルの受信信号毎に１チャンネルの受信信号を順次選択するマルチプレクサと、それぞれマルチプレクサで選択されたＮチャンネル分の受信信号を順次処理して受信データを生成する複数の受信信号処理部と、複数の受信信号処理部で順次生成された時間差のある受信データに対してビームフォーミングを行うビームフォーマとを備えたものである。
【０００９】
好ましくは、ビームフォーマは、各チャンネルの受信データを時間的に補間して時間差を解消した上でビームフォーミングを行う。この場合、ビームフォーマは、各受信信号処理部で順次生成されたＮチャンネル分の受信データのうち基本チャンネルの受信データ以外の受信データを時間的に補間する、あるいは、各受信信号処理部で順次生成されたＮチャンネル分の受信データをすべて時間的に補間することができる。
また、マルチプレクサで選択されたＮチャンネル分の受信信号のうち基本チャンネルの受信信号以外の受信信号を遅延させて各受信信号の時間差を解消する遅延回路をさらに備えてもよい。
【００１０】
この発明に係る超音波画像生成方法は、超音波プローブの振動子アレイから被検体に向けて超音波ビームが送信されると共に被検体による超音波エコーを受信した超音波プローブの振動子アレイから出力された受信信号を処理し、処理された受信信号に基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成方法であって、超音波プローブの振動子アレイから出力された複数チャンネルの受信信号のうちＮチャンネルの受信信号毎に１チャンネルの受信信号を順次選択し、選択されたＮチャンネル分の受信信号を順次処理して受信データを生成し、順次生成された時間差のある受信データに対してビームフォーミングを行う方法である。
【００１１】
各チャンネルの受信データを時間的に補間して時間差を解消した上でビームフォーミングを行うことが好ましい。この場合、各受信信号処理部で順次生成されたＮチャンネル分の受信データのうち基本チャンネルの受信データ以外の受信データを時間的に補間する、あるいは、各受信信号処理部で順次生成されたＮチャンネル分の受信データをすべて時間的に補間することができる。
また、Ｎチャンネル分の受信信号のうち基本チャンネルの受信信号以外の受信信号を遅延させて各受信信号の時間差を解消してもよい。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、超音波プローブの振動子アレイから出力された複数チャンネルの受信信号のうちＮチャンネルの受信信号毎に１チャンネルの受信信号をマルチプレクサで順次選択し、選択されたＮチャンネル分の受信信号を複数の受信信号処理部で順次処理して受信データを生成し、順次生成された時間差のある受信データに対してビームフォーマがビームフォーミングを行うので、高画質の画像を得ながらも省電力化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１における信号処理の様子を示すタイミングチャートである。
【図３】実施の形態２における信号処理の様子を示すタイミングチャートである。
【図４】実施の形態３に係る超音波診断装置の超音波プローブの構成を示すブロック図である。
【図５】実施の形態３における信号処理の様子を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１
図１に、この発明の実施の形態１に係る超音波診断装置の構成を示す。超音波診断装置は、超音波プローブ１と、この超音波プローブ１と無線通信により接続された診断装置本体２とを備えている。
【００１５】
超音波プローブ１は、１次元又は２次元の振動子アレイの複数チャンネルを構成する複数の超音波トランスデューサ３を有し、これらトランスデューサ３に受信信号接続部４およびマルチプレクサ５を介して複数の受信信号処理部６が接続されている。これら複数の受信信号処理部６にデータ格納部７が接続され、さらにデータ格納部７に整相加算部８および信号処理部９を順次介して無線通信部１０が接続されている。また、複数のトランスデューサ４に送信駆動部１１を介して送信制御部１２が接続され、複数の受信信号処理部６に受信制御部１３が接続され、無線通信部１０に通信制御部１４が接続されている。そして、送信制御部１２、受信制御部１３および通信制御部１４にプローブ制御部１５が接続されている。
【００１６】
複数のトランスデューサ３は、それぞれ送信駆動部１１から供給される駆動信号に従って超音波を送信すると共に被検体からの超音波エコーを受信して受信信号を出力する。各トランスデューサ３は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）に代表される高分子圧電素子等からなる圧電体の両端に電極を形成した振動子によって構成される。
そのような振動子の電極に、パルス状又は連続波の電圧を印加すると、圧電体が伸縮し、それぞれの振動子からパルス状又は連続波の超音波が発生して、それらの超音波の合成により超音波ビームが形成される。また、それぞれの振動子は、伝搬する超音波を受信することにより伸縮して電気信号を発生し、それらの電気信号は、超音波の受信信号として出力される。
【００１７】
送信駆動部１１は、例えば、複数のパルサを含んでおり、送信制御部１２によって選択された送信遅延パターンに基づいて、複数のトランスデューサ３から送信される超音波が被検体内の組織のエリアをカバーする幅広の超音波ビームを形成するようにそれぞれの駆動信号の遅延量を調節して複数のトランスデューサ３に供給する。
【００１８】
受信信号接続部４は、それぞれ対応するトランスデューサ３とマルチプレクサ５の入力端子との間を接続／遮断する複数のスイッチからなり、プローブ制御部１５からの指令に基づいて、超音波の送信時はオフされ、受信時はオンされて各トランスデューサ３をマルチプレクサ５の対応する入力端子に接続する。
マルチプレクサ５は、一対の入力端子ａおよびｂに対して１つの出力端子ｃを有する２：１マルチプレクサであり、プローブ制御部１５からの指令に基づき、予め設定された所定のサンプリング周期Ｔｓで入力端子ａおよびｂを交互に出力端子ｃに接続する。
すなわち、超音波の受信時にオン状態にされた受信信号接続部４の各スイッチを介して、複数チャンネルの受信信号のうち、互いに隣接する２つのトランスデューサ３からの２チャンネルの受信信号が所定のサンプリング周期Ｔｓで交互に各受信信号処理部６に接続される。
【００１９】
受信信号処理部６は、受信制御部１３の制御の下で、受信信号接続部４およびマルチプレクサ５を介して接続されたトランスデューサ３から出力される受信信号に対して直交検波処理又は直交サンプリング処理を施すことにより複素ベースバンド信号を生成し、複素ベースバンド信号をサンプリングすることにより、組織のエリアの情報を含む受信データを生成する。受信信号処理部６は、複素ベースバンド信号をサンプリングして得られるデータに高能率符号化のためのデータ圧縮処理を施すことにより受信データを生成してもよい。
データ格納部７は、メモリ等によって構成され、複数の受信信号処理部６で生成された少なくとも１フレーム分の受信データを格納する。
【００２０】
整相加算部８は、この発明におけるビームフォーマを構成するもので、プローブ制御部１５において設定された受信方向に応じて、予め記憶されている複数の受信遅延パターンの中から１つの受信遅延パターンを選択し、選択された受信遅延パターンに基づいて、受信データによって表される複数の複素ベースバンド信号にそれぞれの遅延を与えて加算することにより、複数の受信信号処理部６で生成された時間差のある受信データに対してビームフォーミングを行う。このビームフォーミングにより、超音波エコーの焦点が絞り込まれたベースバンド信号（音線信号）が生成される。
信号処理部９は、整相加算部８により生成された音線信号に対し、超音波の反射位置の深度に応じて距離による減衰の補正を施した後、通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像信号に変換（ラスター変換）することにより、被検体内の組織に関する断層画像情報であるＢモード画像信号を生成する。
【００２１】
無線通信部１０は、信号処理部９で生成されたＢモード画像信号に基づいてキャリアを変調して伝送信号を生成し、伝送信号をアンテナに供給してアンテナから電波を送信することにより、Ｂモード画像信号を送信する。変調方式としては、例えば、ＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）、１６ＱＡＭ（16 Quadrature Amplitude Modulation）等が用いられる。
無線通信部１０は、診断装置本体２との間で無線通信を行うことにより、Ｂモード画像信号を診断装置本体２に送信すると共に、診断装置本体２から各種の制御信号を受信して、受信された制御信号を通信制御部１４に出力する。通信制御部１４は、プローブ制御部１５によって設定された送信電波強度でＢモード画像信号の送信が行われるように無線通信部１０を制御すると共に、無線通信部１０が受信した各種の制御信号をプローブ制御部１５に出力する。
【００２２】
プローブ制御部１５は、診断装置本体２から送信される各種の制御信号に基づいて、超音波プローブ１の各部の制御を行う。
超音波プローブ１には、図示しないバッテリが内蔵され、このバッテリから超音波プローブ１内の各回路に電源供給が行われる。
なお、超音波プローブ１は、リニアスキャン方式、コンベックススキャン方式、セクタスキャン方式等の体外式プローブでもよいし、ラジアルスキャン方式等の超音波内視鏡用プローブでもよい。
【００２３】
一方、診断装置本体２は、無線通信部２１を有し、この無線通信部２１に画像処理部２２が接続され、画像処理部２２に表示制御部２３と画像格納部２４がそれぞれ接続され、表示制御部２３に表示部２５が接続されている。また、無線通信部２１に通信制御部２６が接続され、表示制御部２３および通信制御部２６に本体制御部２７が接続されている。さらに、本体制御部２７には、オペレータが入力操作を行うための操作部２８と、動作プログラム等を格納する格納部２９がそれぞれ接続されている。
【００２４】
無線通信部２１は、超音波プローブ１との間で無線通信を行うことにより、各種の制御信号を超音波プローブ１に送信する。また、無線通信部２１は、アンテナによって受信される信号を復調することにより、Ｂモード画像信号を出力する。
通信制御部２６は、本体制御部２７によって設定された送信電波強度で各種の制御信号の送信が行われるように無線通信部２１を制御する。
画像処理部２２は、通信制御部２６から入力されるＢモード画像信号に階調処理等の各種の必要な画像処理を施した後、Ｂモード画像信号を表示制御部２３に出力する、あるいは画像格納部２４に格納する。
【００２５】
表示制御部２３は、画像処理部２２によって画像処理が施されたＢモード画像信号に基づいて、表示部２５に超音波診断画像を表示させる。表示部２５は、例えば、ＬＣＤ等のディスプレイ装置を含んでおり、表示制御部２３の制御の下で、超音波診断画像を表示する。
【００２６】
このような診断装置本体２において、画像処理部２２、表示制御部２３、通信制御部２６および本体制御部２７は、ＣＰＵと、ＣＰＵに各種の処理を行わせるための動作プログラムから構成されるが、それらをデジタル回路で構成してもよい。上記の動作プログラムは、格納部２９に格納される。格納部２９における記録媒体としては、内蔵のハードディスクの他に、フレキシブルディスク、ＭＯ、ＭＴ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭまたはＤＶＤ−ＲＯＭ等を用いることができる。
【００２７】
次に、実施の形態１の動作について説明する。
超音波診断が開始されると、まず、プローブ制御部１５により受信信号接続部４の各スイッチがオフ状態にされ、この状態で超音波プローブ１の送信駆動部１１から供給される駆動信号に従って振動子アレイを構成する複数のトランスデューサ３から超音波が送信される。
【００２８】
複数のトランスデューサ３からの超音波の送信が終わると、直ちにプローブ制御部１５により受信信号接続部４の各スイッチがオン状態にされ、各トランスデューサ３をマルチプレクサ５の対応する入力端子に接続する。このとき、マルチプレクサ５は、プローブ制御部１５からの指令に基づき、予め設定された所定のサンプリング周期Ｔｓで一対の入力端子ａおよびｂを交互に１つの出力端子ｃに接続する。これにより、マルチプレクサ５の入力端子ａに接続されているチャンネルのトランスデューサ３からの受信信号が受信信号処理部６に供給されて受信データＡが生成された後、マルチプレクサ５の入力端子ｂに接続されているチャンネルのトランスデューサ３からの受信信号が受信信号処理部６に供給されて受信データＢが生成され、以降受信データＡと受信データＢが交互に生成されて、データ格納部７に順次格納される。
【００２９】
例えば、図２に示されるように、マルチプレクサ５の入力端子ａに接続されたチャンネルのトランスデューサ３からの受信信号が対応する受信信号処理部６で時刻ｔ１にサンプリングされて１番目の受信データＡ１が生成された後、所定のサンプリング周期Ｔｓだけ後の時刻ｔ２にはマルチプレクサ５の入力端子ｂに接続されたチャンネルのトランスデューサ３からの受信信号が同一の受信信号処理部６でサンプリングされて１番目の受信データＢ１’が生成され、さらに所定のサンプリング周期Ｔｓだけ後の時刻ｔ３に再び入力端子ａに接続されたチャンネルのトランスデューサ３からの受信信号が同一の受信信号処理部６でサンプリングされて２番目の受信データＡ２が生成される。
このように、１つの受信信号処理部６において、２チャンネルのトランスデューサ３からの受信信号が交互に処理される。
【００３０】
ここで、マルチプレクサ５の入力端子ｂに接続されたチャンネルのトランスデューサ３からの受信信号による受信データは、入力端子ａに接続されたチャンネルのトランスデューサ３からの受信信号による受信データに対して所定のサンプリング周期Ｔｓだけ遅れたタイミングでサンプリングされたものであるので、便宜上「Ｂ１’」のように「’」を付けて表示されている。
このようにして、所定のサンプリング周期Ｔｓの間隔で生成された受信データＡ１、Ｂ１’、Ａ２、Ｂ２’、Ａ３、Ｂ３’・・・がデータ格納部７に格納される。
【００３１】
整相加算部８は、まず、マルチプレクサ５の入力端子ａに接続されたチャンネルのトランスデューサ３からの受信信号による受信データＡ１、Ａ２、Ａ３・・・と、マルチプレクサ５の入力端子ｂに接続されたチャンネルのトランスデューサ３からの受信信号による受信データＢ１’、Ｂ２’、Ｂ３’・・・の時間調整を行うことにより、これら受信データＡ１、Ａ２、Ａ３・・・と受信データＢ１’、Ｂ２’、Ｂ３’・・・の時間差を解消する。
例えば、マルチプレクサ５の入力端子ａおよびｂにそれぞれ接続された２チャンネルのうち、入力端子ａに接続されたチャンネルを基本チャンネルとすると、この基本チャンネルにおける受信データＡ１、Ａ２、Ａ３・・・は、２周期（２・Ｔｓ）に１回の割合でサンプリングされているため、２周期（２・Ｔｓ）分にわたるデータであるとして調整後の受信データＡを形成する。
【００３２】
一方、基本チャンネル以外のチャンネル、すなわちマルチプレクサ５の入力端子ｂに接続されたチャンネルにおける受信データＢについては、例えば、受信データＢ１’は基本チャンネルの受信データＡ２よりも１サンプリング周期Ｔｓだけ早くサンプリングされ、受信データＢ２’は基本チャンネルの受信データＡ２よりも１サンプリング周期Ｔｓだけ遅くサンプリングされたものであるので、受信データＢ１’とＢ２’の時間的な２点補間値（Ｂ１’＋Ｂ２’）／２を演算して、これを受信データＡ２と同一タイミングでサンプリングされた２周期（２・Ｔｓ）分にわたるデータであるとみなす。同様にして、受信データＡ３，Ａ４，Ａ５・・・と同一タイミングでサンプリングされたデータであるとみなすことができる２点補間値（Ｂ２’＋Ｂ３’）／２、（Ｂ３’＋Ｂ４’）／２、（Ｂ４’＋Ｂ５’）／２・・・を演算して、これらを調整後の受信データＢとする。
【００３３】
その後、整相加算部８は、プローブ制御部１５において設定された受信方向に対応する遅延を加えて受信データＡと受信データＢを加算する。図２では、例えば受信データＢを２周期（２・Ｔｓ）分だけ遅延させて受信データＡに加算した結果が示されている。
同様にして、複数の受信信号処理部６でそれぞれ２つのトランスデューサ３からの受信信号を交互に処理し、複数のトランスデューサ３からの受信信号をすべて処理することにより、整相加算部８でビームフォーミングがなされ、音線信号が生成される。
【００３４】
さらに、整相加算部８で生成された音線信号に基づいて信号処理部９でＢモード画像信号が生成され、無線通信部１０から診断装置本体２へ無線伝送される。診断装置本体２の無線通信部２１で受信されたＢモード画像信号は、画像処理部２２で階調処理等の画像処理が施された後、このＢモード画像信号に基づいて表示制御部２３により超音波診断画像が表示部２５に表示される。
【００３５】
この実施の形態１においては、２：１のマルチプレクサ５を用いて、２つのトランスデューサ３からの受信信号を１つの受信信号処理部６で処理するように構成されているので、複数のトランスデューサ３のチャンネル数に対して半数の受信信号処理部６を実装すればよく、大幅に省電力化を図りながらも高画質の画像を得ることが可能となる。
【００３６】
なお、サンプリング周期Ｔｓは適宜選択することができる。ただし、２つのトランスデューサ３からの受信信号を１つの受信信号処理部６で処理するため、整相加算により形成されるデータの周波数に対して２倍の周波数でマルチプレクサ５を動作させる必要がある。例えば、整相加算により形成されるデータを４０ＭＨｚの周波数で得るためには、２倍のサンプリング周波数８０ＭＨｚに対応して、サンプリング周期Ｔｓを１．２５ｎｓとすればよい。
【００３７】
なお、２：１のマルチプレクサ５の代わりにＮ：１（Ｎ≧３）のマルチプレクサを用いてＮチャンネルの受信信号毎に１チャンネルの受信信号を順次選択し、Ｎチャンネル分の受信信号を１つの受信信号処理部で順次処理して受信データを生成することもできる。この場合、Ｎチャンネル分の受信信号のうち、基本チャンネルの受信信号以外の（Ｎ−１）チャンネル分の受信信号をそれぞれ時間的に補間して時間調整をすればよい。
【００３８】
実施の形態２
上記の実施の形態１では、各受信信号処理部６で生成される受信データＡおよびＢのうち、受信データＢのみを２点補間して時間調整を行ったが、２チャンネル分の受信データＡおよびＢの双方をそれぞれ２点補間して時間調整を行うこともできる。
図３に示されるように、受信データＡ１、Ａ２、Ａ３・・・は、２周期（２・Ｔｓ）に１回の割合でサンプリングされているため、これら受信データＡ１、Ａ２、Ａ３・・・を順次２点補間することにより、サンプリング周期Ｔｓ毎の受信データＡを形成すると共に、同様にして、２周期（２・Ｔｓ）に１回の割合でサンプリングされた受信データＢ１’、Ｂ２’、Ｂ３’・・・を順次２点補間することにより、サンプリング周期Ｔｓ毎の受信データＢを形成する。
【００３９】
そして、プローブ制御部１５において設定された受信方向に対応する遅延を加えて受信データＡと受信データＢを加算すればよい。図３では、例えば受信データＢを２周期（２・Ｔｓ）分だけ遅延させて受信データＡに加算した結果が示されている。
このようにすれば、サンプリング周期Ｔｓ毎の受信データＡおよびＢを形成するため、受信信号処理部６の実装数を削減して省電力化を図りながらも、さらに高画質の画像を得ることが可能となる。
【００４０】
この実施の形態２においても、２：１のマルチプレクサ５の代わりにＮ：１（Ｎ≧３）のマルチプレクサを用いてＮチャンネルの受信信号毎に１チャンネルの受信信号を順次選択し、Ｎチャンネル分の受信信号を１つの受信信号処理部で順次処理して受信データを生成することができる。この場合、Ｎチャンネル分の受信信号をすべて時間的に補間することで時間調整がなされる。
【００４１】
実施の形態３
図４に実施の形態３に係る超音波診断装置に用いられる超音波プローブ３１の内部構成を示す。この超音波プローブ３１は、図１に示した実施の形態１における超音波プローブ１において、マルチプレクサ５の一対の入力端子ａおよびｂのうち一方の入力端子ａと受信信号接続部４の対応するスイッチとの間にそれぞれ遅延回路１６を挿入したものであり、その他の構成部材は、実施の形態１における超音波プローブ１と同様である。
【００４２】
遅延回路１６は、サンプリング周期Ｔｓと同一の長さの遅延時間Ｔｄを有し、マルチプレクサ５の入力端子ａに接続されたチャンネルのトランスデューサ３からの受信信号を、入力端子ｂに接続されたチャンネルのトランスデューサ３からの受信信号に対して遅延時間Ｔｄだけ遅延させる。
この実施の形態３では、マルチプレクサ５の入力端子ａおよびｂにそれぞれ接続された２チャンネルのうち、入力端子ｂに接続されたチャンネルを基本チャンネルとし、基本チャンネル以外のチャンネル、すなわちマルチプレクサ５の入力端子ａに接続されたチャンネルにおける受信信号が、基本チャンネルにおける受信信号に対して遅延時間Ｔｄだけ遅延される。
【００４３】
マルチプレクサ５の動作により、基本チャンネルにおける受信データＢは、基本チャンネル以外のチャンネルにおける受信データＡよりもサンプリング周期Ｔｓだけ遅れてサンプリングされるため、基本チャンネル以外のチャンネルの受信信号を遅延回路１６でサンプリング周期Ｔｓと同一長さの遅延時間Ｔｄだけ遅延させることで、双方のチャンネルに対して実質的に同一タイミングでサンプリングされたものと同じ受信データＡおよびＢが得られることとなる。
【００４４】
そこで、図５に示されるように、整相加算部８は、受信データＡおよびＢをそれぞれ２周期（２・Ｔｓ）分にわたると共に互いに同一タイミングのデータとなるように時間調整した後、プローブ制御部１５において設定された受信方向に対応する遅延を加えて受信データＡと受信データＢを加算する。図５では、例えば受信データＢを２周期（２・Ｔｓ）分だけ遅延させて受信データＡに加算した結果が示されている。
このようにすれば、上述した実施の形態１および２におけるような補間処理を施すことなく、受信信号処理部６の実装数を削減して省電力化を図りながら高画質の画像を得ることが可能となる。
【００４５】
この実施の形態３においても、２：１のマルチプレクサ５の代わりにＮ：１（Ｎ≧３）のマルチプレクサを用いてＮチャンネルの受信信号毎に１チャンネルの受信信号を順次選択し、Ｎチャンネル分の受信信号を１つの受信信号処理部で順次処理して受信データを生成することができる。この場合、Ｎチャンネル分の受信信号のうち、基本チャンネルの受信信号以外の（Ｎ−１）チャンネル分の受信信号をそれぞれのチャンネルに対応した遅延時間だけ遅延させることで、各受信信号の時間差を解消することができる。
【００４６】
また、上述した実施の形態１〜３では、超音波プローブ１または３１と診断装置本体２とが互いに無線通信により接続されていたが、これに限るものではなく、接続ケーブルを介して超音波プローブ１または３１が診断装置本体２に接続されていてもよい。この場合には、超音波プローブ１または３１の無線通信部１０および通信制御部１４、診断装置本体２の無線通信部２１および通信制御部２６等は不要となる。
【符号の説明】
【００４７】
１ 超音波プローブ、２ 診断装置本体、３ トランスデューサ、４ 受信信号接続部、５ マルチプレクサ、６ 受信信号処理部、７ データ格納部、８ 整相加算部、９ 信号処理部、１０ 無線通信部、１１ 送信駆動部、１２ 送信制御部、１３ 受信制御部、１４ 通信制御部、１５ プローブ制御部、１６ 遅延回路、２１ 無線通信部、２２ 画像処理部、２３ 表示制御部、２４ 画像格納部、２５ 表示部、２６ 通信制御部、２７ 本体制御部、２８ 操作部、２９ 格納部、ａ，ｂ 入力端子、ｃ 出力端子。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超音波診断装置および超音波画像生成方法に係り、特に、超音波プローブの振動子アレイから超音波を送受信することにより生成された超音波画像に基づいて診断を行う超音波診断装置の省電力化に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、医療分野において、超音波画像を利用した超音波診断装置が実用化されている。一般に、この種の超音波診断装置は、振動子アレイを内蔵した超音波プローブと、この超音波プローブに接続された装置本体とを有しており、超音波プローブから被検体に向けて超音波を送信し、被検体からの超音波エコーを超音波プローブで受信して、その受信信号を装置本体で電気的に処理することにより超音波画像が生成される。
【０００３】
近年、ベッドサイドや救急医療現場等に搬送して使用することができるポータブル型の超音波診断装置が開発されているが、このような超音波診断装置では、その電源にバッテリが用いられており、装置の消費電力が連続使用時間に大きな影響を及ぼすこととなる。また、消費電力が大きいと、装置内の発熱量も大きくなるので、放熱対策のために装置サイズの大型化を余儀なくされ、ポータブル型という利便性が損なわれてしまう。
【０００４】
特に、超音波プローブと装置本体とを無線接続するワイヤレスプローブ等では、振動子からの超音波の送信および超音波エコーの受信に関わる送受信回路を小さなプローブ内に配置する必要があるため、これらの回路の大幅な省電力化が要求される。
送受信回路の実装個数を削減すれば、それだけ省電力化を図ることができるが、送受信回路の数に伴って同時開口数が減少すると、高画質の画像を得ることができなくなってしまう。
【０００５】
特許文献１には、微小角の偏向を行う場合でも広い開口での受信を可能にする目的で、隣接する複数の振動子の信号を不均等に加算して受信信号数を減少させた後にデジタル変換してビームフォーマで整相遅延加算を行うようにした超音波診断装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１３９９１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の装置では、受信信号数を減少させても、その減少した受信信号数に対応する数の受信信号処理部が必要となり、プローブ内の省電力化を図ることは困難である。
この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、高画質の画像を得ながらも省電力化を図ることができる超音波診断装置および超音波画像生成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る超音波診断装置は、超音波プローブの振動子アレイから被検体に向けて超音波ビームが送信されると共に被検体による超音波エコーを受信した超音波プローブの振動子アレイから出力された受信信号を処理し、処理された受信信号に基づいて超音波画像を生成する超音波診断装置であって、超音波プローブの振動子アレイから出力された複数チャンネルの受信信号のうちＮチャンネルの受信信号毎に１チャンネルの受信信号を順次選択するマルチプレクサと、それぞれマルチプレクサで選択されたＮチャンネル分の受信信号を順次処理して受信データを生成する複数の受信信号処理部と、複数の受信信号処理部で順次生成された時間差のある受信データに対してビームフォーミングを行うビームフォーマとを備えたものである。
【０００９】
好ましくは、ビームフォーマは、各チャンネルの受信データを時間的に補間して時間差を解消した上でビームフォーミングを行う。この場合、ビームフォーマは、各受信信号処理部で順次生成されたＮチャンネル分の受信データのうち基本チャンネルの受信データ以外の受信データを時間的に補間する、あるいは、各受信信号処理部で順次生成されたＮチャンネル分の受信データをすべて時間的に補間することができる。
また、マルチプレクサで選択されたＮチャンネル分の受信信号のうち基本チャンネルの受信信号以外の受信信号を遅延させて各受信信号の時間差を解消する遅延回路をさらに備えてもよい。
【００１０】
この発明に係る超音波画像生成方法は、超音波プローブの振動子アレイから被検体に向けて超音波ビームが送信されると共に被検体による超音波エコーを受信した超音波プローブの振動子アレイから出力された受信信号を処理し、処理された受信信号に基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成方法であって、超音波プローブの振動子アレイから出力された複数チャンネルの受信信号のうちＮチャンネルの受信信号毎に１チャンネルの受信信号を順次選択し、選択されたＮチャンネル分の受信信号を順次処理して受信データを生成し、順次生成された時間差のある受信データに対してビームフォーミングを行う方法である。
【００１１】
各チャンネルの受信データを時間的に補間して時間差を解消した上でビームフォーミングを行うことが好ましい。この場合、各受信信号処理部で順次生成されたＮチャンネル分の受信データのうち基本チャンネルの受信データ以外の受信データを時間的に補間する、あるいは、各受信信号処理部で順次生成されたＮチャンネル分の受信データをすべて時間的に補間することができる。
また、Ｎチャンネル分の受信信号のうち基本チャンネルの受信信号以外の受信信号を遅延させて各受信信号の時間差を解消してもよい。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、超音波プローブの振動子アレイから出力された複数チャンネルの受信信号のうちＮチャンネルの受信信号毎に１チャンネルの受信信号をマルチプレクサで順次選択し、選択されたＮチャンネル分の受信信号を複数の受信信号処理部で順次処理して受信データを生成し、順次生成された時間差のある受信データに対してビームフォーマがビームフォーミングを行うので、高画質の画像を得ながらも省電力化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１における信号処理の様子を示すタイミングチャートである。
【図３】実施の形態２における信号処理の様子を示すタイミングチャートである。
【図４】実施の形態３に係る超音波診断装置の超音波プローブの構成を示すブロック図である。
【図５】実施の形態３における信号処理の様子を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１
図１に、この発明の実施の形態１に係る超音波診断装置の構成を示す。超音波診断装置は、超音波プローブ１と、この超音波プローブ１と無線通信により接続された診断装置本体２とを備えている。
【００１５】
超音波プローブ１は、１次元又は２次元の振動子アレイの複数チャンネルを構成する複数の超音波トランスデューサ３を有し、これらトランスデューサ３に受信信号接続部４およびマルチプレクサ５を介して複数の受信信号処理部６が接続されている。これら複数の受信信号処理部６にデータ格納部７が接続され、さらにデータ格納部７に整相加算部８および信号処理部９を順次介して無線通信部１０が接続されている。また、複数のトランスデューサ４に送信駆動部１１を介して送信制御部１２が接続され、複数の受信信号処理部６に受信制御部１３が接続され、無線通信部１０に通信制御部１４が接続されている。そして、送信制御部１２、受信制御部１３および通信制御部１４にプローブ制御部１５が接続されている。
【００１６】
複数のトランスデューサ３は、それぞれ送信駆動部１１から供給される駆動信号に従って超音波を送信すると共に被検体からの超音波エコーを受信して受信信号を出力する。各トランスデューサ３は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）に代表される高分子圧電素子等からなる圧電体の両端に電極を形成した振動子によって構成される。
そのような振動子の電極に、パルス状又は連続波の電圧を印加すると、圧電体が伸縮し、それぞれの振動子からパルス状又は連続波の超音波が発生して、それらの超音波の合成により超音波ビームが形成される。また、それぞれの振動子は、伝搬する超音波を受信することにより伸縮して電気信号を発生し、それらの電気信号は、超音波の受信信号として出力される。
【００１７】
送信駆動部１１は、例えば、複数のパルサを含んでおり、送信制御部１２によって選択された送信遅延パターンに基づいて、複数のトランスデューサ３から送信される超音波が被検体内の組織のエリアをカバーする幅広の超音波ビームを形成するようにそれぞれの駆動信号の遅延量を調節して複数のトランスデューサ３に供給する。
【００１８】
受信信号接続部４は、それぞれ対応するトランスデューサ３とマルチプレクサ５の入力端子との間を接続／遮断する複数のスイッチからなり、プローブ制御部１５からの指令に基づいて、超音波の送信時はオフされ、受信時はオンされて各トランスデューサ３をマルチプレクサ５の対応する入力端子に接続する。
マルチプレクサ５は、一対の入力端子ａおよびｂに対して１つの出力端子ｃを有する２：１マルチプレクサであり、プローブ制御部１５からの指令に基づき、予め設定された所定のサンプリング周期Ｔｓで入力端子ａおよびｂを交互に出力端子ｃに接続する。
すなわち、超音波の受信時にオン状態にされた受信信号接続部４の各スイッチを介して、複数チャンネルの受信信号のうち、互いに隣接する２つのトランスデューサ３からの２チャンネルの受信信号が所定のサンプリング周期Ｔｓで交互に各受信信号処理部６に接続される。
【００１９】
受信信号処理部６は、受信制御部１３の制御の下で、受信信号接続部４およびマルチプレクサ５を介して接続されたトランスデューサ３から出力される受信信号に対して直交検波処理又は直交サンプリング処理を施すことにより複素ベースバンド信号を生成し、複素ベースバンド信号をサンプリングすることにより、組織のエリアの情報を含む受信データを生成する。受信信号処理部６は、複素ベースバンド信号をサンプリングして得られるデータに高能率符号化のためのデータ圧縮処理を施すことにより受信データを生成してもよい。
データ格納部７は、メモリ等によって構成され、複数の受信信号処理部６で生成された少なくとも１フレーム分の受信データを格納する。
【００２０】
整相加算部８は、この発明におけるビームフォーマを構成するもので、プローブ制御部１５において設定された受信方向に応じて、予め記憶されている複数の受信遅延パターンの中から１つの受信遅延パターンを選択し、選択された受信遅延パターンに基づいて、受信データによって表される複数の複素ベースバンド信号にそれぞれの遅延を与えて加算することにより、複数の受信信号処理部６で生成された時間差のある受信データに対してビームフォーミングを行う。このビームフォーミングにより、超音波エコーの焦点が絞り込まれたベースバンド信号（音線信号）が生成される。
信号処理部９は、整相加算部８により生成された音線信号に対し、超音波の反射位置の深度に応じて距離による減衰の補正を施した後、通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像信号に変換（ラスター変換）することにより、被検体内の組織に関する断層画像情報であるＢモード画像信号を生成する。
【００２１】
無線通信部１０は、信号処理部９で生成されたＢモード画像信号に基づいてキャリアを変調して伝送信号を生成し、伝送信号をアンテナに供給してアンテナから電波を送信することにより、Ｂモード画像信号を送信する。変調方式としては、例えば、ＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）、１６ＱＡＭ（16 Quadrature Amplitude Modulation）等が用いられる。
無線通信部１０は、診断装置本体２との間で無線通信を行うことにより、Ｂモード画像信号を診断装置本体２に送信すると共に、診断装置本体２から各種の制御信号を受信して、受信された制御信号を通信制御部１４に出力する。通信制御部１４は、プローブ制御部１５によって設定された送信電波強度でＢモード画像信号の送信が行われるように無線通信部１０を制御すると共に、無線通信部１０が受信した各種の制御信号をプローブ制御部１５に出力する。
【００２２】
プローブ制御部１５は、診断装置本体２から送信される各種の制御信号に基づいて、超音波プローブ１の各部の制御を行う。
超音波プローブ１には、図示しないバッテリが内蔵され、このバッテリから超音波プローブ１内の各回路に電源供給が行われる。
なお、超音波プローブ１は、リニアスキャン方式、コンベックススキャン方式、セクタスキャン方式等の体外式プローブでもよいし、ラジアルスキャン方式等の超音波内視鏡用プローブでもよい。
【００２３】
一方、診断装置本体２は、無線通信部２１を有し、この無線通信部２１に画像処理部２２が接続され、画像処理部２２に表示制御部２３と画像格納部２４がそれぞれ接続され、表示制御部２３に表示部２５が接続されている。また、無線通信部２１に通信制御部２６が接続され、表示制御部２３および通信制御部２６に本体制御部２７が接続されている。さらに、本体制御部２７には、オペレータが入力操作を行うための操作部２８と、動作プログラム等を格納する格納部２９がそれぞれ接続されている。
【００２４】
無線通信部２１は、超音波プローブ１との間で無線通信を行うことにより、各種の制御信号を超音波プローブ１に送信する。また、無線通信部２１は、アンテナによって受信される信号を復調することにより、Ｂモード画像信号を出力する。
通信制御部２６は、本体制御部２７によって設定された送信電波強度で各種の制御信号の送信が行われるように無線通信部２１を制御する。
画像処理部２２は、通信制御部２６から入力されるＢモード画像信号に階調処理等の各種の必要な画像処理を施した後、Ｂモード画像信号を表示制御部２３に出力する、あるいは画像格納部２４に格納する。
【００２５】
表示制御部２３は、画像処理部２２によって画像処理が施されたＢモード画像信号に基づいて、表示部２５に超音波診断画像を表示させる。表示部２５は、例えば、ＬＣＤ等のディスプレイ装置を含んでおり、表示制御部２３の制御の下で、超音波診断画像を表示する。
【００２６】
このような診断装置本体２において、画像処理部２２、表示制御部２３、通信制御部２６および本体制御部２７は、ＣＰＵと、ＣＰＵに各種の処理を行わせるための動作プログラムから構成されるが、それらをデジタル回路で構成してもよい。上記の動作プログラムは、格納部２９に格納される。格納部２９における記録媒体としては、内蔵のハードディスクの他に、フレキシブルディスク、ＭＯ、ＭＴ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭまたはＤＶＤ−ＲＯＭ等を用いることができる。
【００２７】
次に、実施の形態１の動作について説明する。
超音波診断が開始されると、まず、プローブ制御部１５により受信信号接続部４の各スイッチがオフ状態にされ、この状態で超音波プローブ１の送信駆動部１１から供給される駆動信号に従って振動子アレイを構成する複数のトランスデューサ３から超音波が送信される。
【００２８】
複数のトランスデューサ３からの超音波の送信が終わると、直ちにプローブ制御部１５により受信信号接続部４の各スイッチがオン状態にされ、各トランスデューサ３をマルチプレクサ５の対応する入力端子に接続する。このとき、マルチプレクサ５は、プローブ制御部１５からの指令に基づき、予め設定された所定のサンプリング周期Ｔｓで一対の入力端子ａおよびｂを交互に１つの出力端子ｃに接続する。これにより、マルチプレクサ５の入力端子ａに接続されているチャンネルのトランスデューサ３からの受信信号が受信信号処理部６に供給されて受信データＡが生成された後、マルチプレクサ５の入力端子ｂに接続されているチャンネルのトランスデューサ３からの受信信号が受信信号処理部６に供給されて受信データＢが生成され、以降受信データＡと受信データＢが交互に生成されて、データ格納部７に順次格納される。
【００２９】
例えば、図２に示されるように、マルチプレクサ５の入力端子ａに接続されたチャンネルのトランスデューサ３からの受信信号が対応する受信信号処理部６で時刻ｔ１にサンプリングされて１番目の受信データＡ１が生成された後、所定のサンプリング周期Ｔｓだけ後の時刻ｔ２にはマルチプレクサ５の入力端子ｂに接続されたチャンネルのトランスデューサ３からの受信信号が同一の受信信号処理部６でサンプリングされて１番目の受信データＢ１’が生成され、さらに所定のサンプリング周期Ｔｓだけ後の時刻ｔ３に再び入力端子ａに接続されたチャンネルのトランスデューサ３からの受信信号が同一の受信信号処理部６でサンプリングされて２番目の受信データＡ２が生成される。
このように、１つの受信信号処理部６において、２チャンネルのトランスデューサ３からの受信信号が交互に処理される。
【００３０】
ここで、マルチプレクサ５の入力端子ｂに接続されたチャンネルのトランスデューサ３からの受信信号による受信データは、入力端子ａに接続されたチャンネルのトランスデューサ３からの受信信号による受信データに対して所定のサンプリング周期Ｔｓだけ遅れたタイミングでサンプリングされたものであるので、便宜上「Ｂ１’」のように「’」を付けて表示されている。
このようにして、所定のサンプリング周期Ｔｓの間隔で生成された受信データＡ１、Ｂ１’、Ａ２、Ｂ２’、Ａ３、Ｂ３’・・・がデータ格納部７に格納される。
【００３１】
整相加算部８は、まず、マルチプレクサ５の入力端子ａに接続されたチャンネルのトランスデューサ３からの受信信号による受信データＡ１、Ａ２、Ａ３・・・と、マルチプレクサ５の入力端子ｂに接続されたチャンネルのトランスデューサ３からの受信信号による受信データＢ１’、Ｂ２’、Ｂ３’・・・の時間調整を行うことにより、これら受信データＡ１、Ａ２、Ａ３・・・と受信データＢ１’、Ｂ２’、Ｂ３’・・・の時間差を解消する。
例えば、マルチプレクサ５の入力端子ａおよびｂにそれぞれ接続された２チャンネルのうち、入力端子ａに接続されたチャンネルを基本チャンネルとすると、この基本チャンネルにおける受信データＡ１、Ａ２、Ａ３・・・は、２周期（２・Ｔｓ）に１回の割合でサンプリングされているため、２周期（２・Ｔｓ）分にわたるデータであるとして調整後の受信データＡを形成する。
【００３２】
一方、基本チャンネル以外のチャンネル、すなわちマルチプレクサ５の入力端子ｂに接続されたチャンネルにおける受信データＢについては、例えば、受信データＢ１’は基本チャンネルの受信データＡ２よりも１サンプリング周期Ｔｓだけ早くサンプリングされ、受信データＢ２’は基本チャンネルの受信データＡ２よりも１サンプリング周期Ｔｓだけ遅くサンプリングされたものであるので、受信データＢ１’とＢ２’の時間的な２点補間値（Ｂ１’＋Ｂ２’）／２を演算して、これを受信データＡ２と同一タイミングでサンプリングされた２周期（２・Ｔｓ）分にわたるデータであるとみなす。同様にして、受信データＡ３，Ａ４，Ａ５・・・と同一タイミングでサンプリングされたデータであるとみなすことができる２点補間値（Ｂ２’＋Ｂ３’）／２、（Ｂ３’＋Ｂ４’）／２、（Ｂ４’＋Ｂ５’）／２・・・を演算して、これらを調整後の受信データＢとする。
【００３３】
その後、整相加算部８は、プローブ制御部１５において設定された受信方向に対応する遅延を加えて受信データＡと受信データＢを加算する。図２では、例えば受信データＢを２周期（２・Ｔｓ）分だけ遅延させて受信データＡに加算した結果が示されている。
同様にして、複数の受信信号処理部６でそれぞれ２つのトランスデューサ３からの受信信号を交互に処理し、複数のトランスデューサ３からの受信信号をすべて処理することにより、整相加算部８でビームフォーミングがなされ、音線信号が生成される。
【００３４】
さらに、整相加算部８で生成された音線信号に基づいて信号処理部９でＢモード画像信号が生成され、無線通信部１０から診断装置本体２へ無線伝送される。診断装置本体２の無線通信部２１で受信されたＢモード画像信号は、画像処理部２２で階調処理等の画像処理が施された後、このＢモード画像信号に基づいて表示制御部２３により超音波診断画像が表示部２５に表示される。
【００３５】
この実施の形態１においては、２：１のマルチプレクサ５を用いて、２つのトランスデューサ３からの受信信号を１つの受信信号処理部６で処理するように構成されているので、複数のトランスデューサ３のチャンネル数に対して半数の受信信号処理部６を実装すればよく、大幅に省電力化を図りながらも高画質の画像を得ることが可能となる。
【００３６】
なお、サンプリング周期Ｔｓは適宜選択することができる。ただし、２つのトランスデューサ３からの受信信号を１つの受信信号処理部６で処理するため、整相加算により形成されるデータの周波数に対して２倍の周波数でマルチプレクサ５を動作させる必要がある。例えば、整相加算により形成されるデータを４０ＭＨｚの周波数で得るためには、２倍のサンプリング周波数８０ＭＨｚに対応して、サンプリング周期Ｔｓを１．２５ｎｓとすればよい。
【００３７】
なお、２：１のマルチプレクサ５の代わりにＮ：１（Ｎ≧３）のマルチプレクサを用いてＮチャンネルの受信信号毎に１チャンネルの受信信号を順次選択し、Ｎチャンネル分の受信信号を１つの受信信号処理部で順次処理して受信データを生成することもできる。この場合、Ｎチャンネル分の受信信号のうち、基本チャンネルの受信信号以外の（Ｎ−１）チャンネル分の受信信号をそれぞれ時間的に補間して時間調整をすればよい。
【００３８】
実施の形態２
上記の実施の形態１では、各受信信号処理部６で生成される受信データＡおよびＢのうち、受信データＢのみを２点補間して時間調整を行ったが、２チャンネル分の受信データＡおよびＢの双方をそれぞれ２点補間して時間調整を行うこともできる。
図３に示されるように、受信データＡ１、Ａ２、Ａ３・・・は、２周期（２・Ｔｓ）に１回の割合でサンプリングされているため、これら受信データＡ１、Ａ２、Ａ３・・・を順次２点補間することにより、サンプリング周期Ｔｓ毎の受信データＡを形成すると共に、同様にして、２周期（２・Ｔｓ）に１回の割合でサンプリングされた受信データＢ１’、Ｂ２’、Ｂ３’・・・を順次２点補間することにより、サンプリング周期Ｔｓ毎の受信データＢを形成する。
【００３９】
そして、プローブ制御部１５において設定された受信方向に対応する遅延を加えて受信データＡと受信データＢを加算すればよい。図３では、例えば受信データＢを２周期（２・Ｔｓ）分だけ遅延させて受信データＡに加算した結果が示されている。
このようにすれば、サンプリング周期Ｔｓ毎の受信データＡおよびＢを形成するため、受信信号処理部６の実装数を削減して省電力化を図りながらも、さらに高画質の画像を得ることが可能となる。
【００４０】
この実施の形態２においても、２：１のマルチプレクサ５の代わりにＮ：１（Ｎ≧３）のマルチプレクサを用いてＮチャンネルの受信信号毎に１チャンネルの受信信号を順次選択し、Ｎチャンネル分の受信信号を１つの受信信号処理部で順次処理して受信データを生成することができる。この場合、Ｎチャンネル分の受信信号をすべて時間的に補間することで時間調整がなされる。
【００４１】
実施の形態３
図４に実施の形態３に係る超音波診断装置に用いられる超音波プローブ３１の内部構成を示す。この超音波プローブ３１は、図１に示した実施の形態１における超音波プローブ１において、マルチプレクサ５の一対の入力端子ａおよびｂのうち一方の入力端子ａと受信信号接続部４の対応するスイッチとの間にそれぞれ遅延回路１６を挿入したものであり、その他の構成部材は、実施の形態１における超音波プローブ１と同様である。
【００４２】
遅延回路１６は、サンプリング周期Ｔｓと同一の長さの遅延時間Ｔｄを有し、マルチプレクサ５の入力端子ａに接続されたチャンネルのトランスデューサ３からの受信信号を、入力端子ｂに接続されたチャンネルのトランスデューサ３からの受信信号に対して遅延時間Ｔｄだけ遅延させる。
この実施の形態３では、マルチプレクサ５の入力端子ａおよびｂにそれぞれ接続された２チャンネルのうち、入力端子ｂに接続されたチャンネルを基本チャンネルとし、基本チャンネル以外のチャンネル、すなわちマルチプレクサ５の入力端子ａに接続されたチャンネルにおける受信信号が、基本チャンネルにおける受信信号に対して遅延時間Ｔｄだけ遅延される。
【００４３】
マルチプレクサ５の動作により、基本チャンネルにおける受信データＢは、基本チャンネル以外のチャンネルにおける受信データＡよりもサンプリング周期Ｔｓだけ遅れてサンプリングされるため、基本チャンネル以外のチャンネルの受信信号を遅延回路１６でサンプリング周期Ｔｓと同一長さの遅延時間Ｔｄだけ遅延させることで、双方のチャンネルに対して実質的に同一タイミングでサンプリングされたものと同じ受信データＡおよびＢが得られることとなる。
【００４４】
そこで、図５に示されるように、整相加算部８は、受信データＡおよびＢをそれぞれ２周期（２・Ｔｓ）分にわたると共に互いに同一タイミングのデータとなるように時間調整した後、プローブ制御部１５において設定された受信方向に対応する遅延を加えて受信データＡと受信データＢを加算する。図５では、例えば受信データＢを２周期（２・Ｔｓ）分だけ遅延させて受信データＡに加算した結果が示されている。
このようにすれば、上述した実施の形態１および２におけるような補間処理を施すことなく、受信信号処理部６の実装数を削減して省電力化を図りながら高画質の画像を得ることが可能となる。
【００４５】
この実施の形態３においても、２：１のマルチプレクサ５の代わりにＮ：１（Ｎ≧３）のマルチプレクサを用いてＮチャンネルの受信信号毎に１チャンネルの受信信号を順次選択し、Ｎチャンネル分の受信信号を１つの受信信号処理部で順次処理して受信データを生成することができる。この場合、Ｎチャンネル分の受信信号のうち、基本チャンネルの受信信号以外の（Ｎ−１）チャンネル分の受信信号をそれぞれのチャンネルに対応した遅延時間だけ遅延させることで、各受信信号の時間差を解消することができる。
【００４６】
また、上述した実施の形態１〜３では、超音波プローブ１または３１と診断装置本体２とが互いに無線通信により接続されていたが、これに限るものではなく、接続ケーブルを介して超音波プローブ１または３１が診断装置本体２に接続されていてもよい。この場合には、超音波プローブ１または３１の無線通信部１０および通信制御部１４、診断装置本体２の無線通信部２１および通信制御部２６等は不要となる。
【符号の説明】
【００４７】
１ 超音波プローブ、２ 診断装置本体、３ トランスデューサ、４ 受信信号接続部、５ マルチプレクサ、６ 受信信号処理部、７ データ格納部、８ 整相加算部、９ 信号処理部、１０ 無線通信部、１１ 送信駆動部、１２ 送信制御部、１３ 受信制御部、１４ 通信制御部、１５ プローブ制御部、１６ 遅延回路、２１ 無線通信部、２２ 画像処理部、２３ 表示制御部、２４ 画像格納部、２５ 表示部、２６ 通信制御部、２７ 本体制御部、２８ 操作部、２９ 格納部、ａ，ｂ 入力端子、ｃ 出力端子。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波プローブの振動子アレイから被検体に向けて超音波ビームが送信されると共に被検体による超音波エコーを受信した前記超音波プローブの振動子アレイから出力された受信信号を処理し、処理された受信信号に基づいて超音波画像を生成する超音波診断装置であって、
前記超音波プローブの振動子アレイから出力された複数チャンネルの受信信号のうちＮチャンネルの受信信号毎に１チャンネルの受信信号を順次選択するマルチプレクサと、
それぞれ前記マルチプレクサで選択されたＮチャンネル分の受信信号を順次処理して受信データを生成する複数の受信信号処理部と、
前記複数の受信信号処理部で順次生成された時間差のある受信データに対してビームフォーミングを行うビームフォーマと
を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記ビームフォーマは、各チャンネルの受信データを時間的に補間して時間差を解消した上でビームフォーミングを行う請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記ビームフォーマは、各受信信号処理部で順次生成されたＮチャンネル分の受信データのうち基本チャンネルの受信データ以外の受信データを時間的に補間する請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記ビームフォーマは、各受信信号処理部で順次生成されたＮチャンネル分の受信データをすべて時間的に補間する請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記マルチプレクサで選択されたＮチャンネル分の受信信号のうち基本チャンネルの受信信号以外の受信信号を遅延させて各受信信号の時間差を解消する遅延回路をさらに備えた請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項６】
超音波プローブの振動子アレイから被検体に向けて超音波ビームが送信されると共に被検体による超音波エコーを受信した前記超音波プローブの振動子アレイから出力された受信信号を処理し、処理された受信信号に基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成方法であって、
前記超音波プローブの振動子アレイから出力された複数チャンネルの受信信号のうちＮチャンネルの受信信号毎に１チャンネルの受信信号を順次選択し、
選択されたＮチャンネル分の受信信号を順次処理して受信データを生成し、
順次生成された時間差のある受信データに対してビームフォーミングを行う
ことを特徴とする超音波画像生成方法。
【請求項７】
各チャンネルの受信データを時間的に補間して時間差を解消した上でビームフォーミングを行う請求項６に記載の超音波画像生成方法。
【請求項８】
各受信信号処理部で順次生成されたＮチャンネル分の受信データのうち基本チャンネルの受信データ以外の受信データを時間的に補間する請求項７に記載の超音波画像生成方法。
【請求項９】
各受信信号処理部で順次生成されたＮチャンネル分の受信データをすべて時間的に補間する請求項７に記載の超音波画像生成方法。
【請求項１０】
Ｎチャンネル分の受信信号のうち基本チャンネルの受信信号以外の受信信号を遅延させて各受信信号の時間差を解消する請求項６に記載の超音波画像生成方法。
【請求項１】
超音波プローブの振動子アレイから被検体に向けて超音波ビームが送信されると共に被検体による超音波エコーを受信した前記超音波プローブの振動子アレイから出力された受信信号を処理し、処理された受信信号に基づいて超音波画像を生成する超音波診断装置であって、
前記超音波プローブの振動子アレイから出力された複数チャンネルの受信信号のうちＮチャンネルの受信信号毎に１チャンネルの受信信号を順次選択するマルチプレクサと、
それぞれ前記マルチプレクサで選択されたＮチャンネル分の受信信号を順次処理して受信データを生成する複数の受信信号処理部と、
前記複数の受信信号処理部で順次生成された時間差のある受信データに対してビームフォーミングを行うビームフォーマと
を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記ビームフォーマは、各チャンネルの受信データを時間的に補間して時間差を解消した上でビームフォーミングを行う請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記ビームフォーマは、各受信信号処理部で順次生成されたＮチャンネル分の受信データのうち基本チャンネルの受信データ以外の受信データを時間的に補間する請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記ビームフォーマは、各受信信号処理部で順次生成されたＮチャンネル分の受信データをすべて時間的に補間する請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記マルチプレクサで選択されたＮチャンネル分の受信信号のうち基本チャンネルの受信信号以外の受信信号を遅延させて各受信信号の時間差を解消する遅延回路をさらに備えた請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項６】
超音波プローブの振動子アレイから被検体に向けて超音波ビームが送信されると共に被検体による超音波エコーを受信した前記超音波プローブの振動子アレイから出力された受信信号を処理し、処理された受信信号に基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成方法であって、
前記超音波プローブの振動子アレイから出力された複数チャンネルの受信信号のうちＮチャンネルの受信信号毎に１チャンネルの受信信号を順次選択し、
選択されたＮチャンネル分の受信信号を順次処理して受信データを生成し、
順次生成された時間差のある受信データに対してビームフォーミングを行う
ことを特徴とする超音波画像生成方法。
【請求項７】
各チャンネルの受信データを時間的に補間して時間差を解消した上でビームフォーミングを行う請求項６に記載の超音波画像生成方法。
【請求項８】
各受信信号処理部で順次生成されたＮチャンネル分の受信データのうち基本チャンネルの受信データ以外の受信データを時間的に補間する請求項７に記載の超音波画像生成方法。
【請求項９】
各受信信号処理部で順次生成されたＮチャンネル分の受信データをすべて時間的に補間する請求項７に記載の超音波画像生成方法。
【請求項１０】
Ｎチャンネル分の受信信号のうち基本チャンネルの受信信号以外の受信信号を遅延させて各受信信号の時間差を解消する請求項６に記載の超音波画像生成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１５７５６７（Ｐ２０１２−１５７５６７Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９６３０（Ｐ２０１１−１９６３０）
【出願日】平成２３年２月１日（２０１１．２．１）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１日（２０１１．２．１）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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