超音波診断装置および超音波画像生成方法
【課題】画像生成処理の高速化と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】アレイトランスデューサから出力される受信信号の振幅に応じて、受信信号処理部による受信信号のＡ／Ｄ変換可能範囲のうち実際にＡ／Ｄ変換が実行されるＡ／Ｄ変換実行範囲を限定し、受信信号のＡ／Ｄ変換を行う。Ａ／Ｄ変換実行範囲は、測定深度に関わらずに所定のビット幅を有し、Ａ／Ｄ開始ビットおよびＡ／Ｄ終了ビットで特定され、測定深度が増すほど、Ａ／Ｄ変換実行範囲のＡ／Ｄ開始ビットおよびＡ／Ｄ終了ビットが漸減される。
【解決手段】アレイトランスデューサから出力される受信信号の振幅に応じて、受信信号処理部による受信信号のＡ／Ｄ変換可能範囲のうち実際にＡ／Ｄ変換が実行されるＡ／Ｄ変換実行範囲を限定し、受信信号のＡ／Ｄ変換を行う。Ａ／Ｄ変換実行範囲は、測定深度に関わらずに所定のビット幅を有し、Ａ／Ｄ開始ビットおよびＡ／Ｄ終了ビットで特定され、測定深度が増すほど、Ａ／Ｄ変換実行範囲のＡ／Ｄ開始ビットおよびＡ／Ｄ終了ビットが漸減される。
【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、被検体による超音波エコーを受信したアレイトランスデューサから出力される受信信号を受信信号処理部で増幅した後にＡ／Ｄ変換することで得られる受信データに基づいて超音波画像を生成する超音波診断装置に関する。
【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、超音波プローブのアレイトランスデューサから被検体内に向けて超音波ビームを送信し、被検体からの超音波エコーをアレイトランスデューサで受信して、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】
例えば、特許文献１には、超音波エコーを受信したアレイトランスデューサから出力された受信信号が、それぞれ、プリアンプで増幅され、Ａ／ＤコンバータでＡ／Ｄ変換された後、適切な遅延を与えられることで互いに位相が合致した状態で加算され、これにより受信フォーカス処理を行う超音波診断装置が開示されている。
この受信フォーカス処理によって超音波エコーの焦点が絞り込まれた音線信号が生成され、このようにして生成された診断領域内の複数の音線信号に基づいて、被検体内の断層画像情報であるＢモード画像信号が生成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−２３２８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、受信信号をＡ／Ｄ変換するためのＡ／Ｄコンバータとしては、各種のものが存在するが、一般に、小さな回路規模で実現することができる逐次比較型Ａ／Ｄコンバータが広く使用されている。
この逐次比較型Ａ／Ｄコンバータでは、逐次比較レジスタの値をアナログ化した信号と各トランスデューサから出力される受信信号とを比較し、比較結果に基づいて逐次比較レジスタの値を漸次変更しながら、比較を繰り返す。
【０００６】
具体的には、例えば図６に示されるように、Ａ／Ｄ変換の開始を指示する変換開始信号が入力されると、１クロック毎に逐次比較レジスタの値がＡ／Ｄコンバータの最上位ビットＭＳＢから最下位ビットＬＳＢまで１ビットずつ変更され、順次、逐次比較レジスタの値をアナログ化した信号と各トランスデューサから出力される受信信号との比較が行われる。例えば、ｎビットのＡ／Ｄコンバータでは、１つの受信信号のＡ／Ｄ変換の完了までに、ｎ回の比較作業が行われ、この比較作業の回数に対応した変換時間Ｔｎがかかる。
【０００７】
すなわち、超音波エコーの受信に起因して各トランスデューサから出力される受信信号の振幅がＡ／Ｄ変換可能範囲のうちの一部に過ぎない場合であっても、最上位ビットＭＳＢから最下位ビットＬＳＢまで全ビットにわたって順次比較作業が行われ。必要以上の変換時間と消費電力を要してしまう。
超音波画像の生成においては、診断領域への超音波ビームの走査に伴ってアレイトランスデューサの複数のトランスデューサがそれぞれ多数の受信信号を出力するため、１つの受信信号のＡ／Ｄ変換に関わる変換時間の短縮と消費電力の低減を図ることができれば、超音波診断装置の画像生成処理における処理時間と消費電力に対して大きな意義を有することとなる。
【０００８】
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、画像生成処理の高速化と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】
【０００９】
この発明に係る超音波診断装置は、超音波プローブのアレイトランスデューサ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アレイトランスデューサから出力される受信信号を受信信号処理部で増幅した後にＡ／Ｄ変換することで得られる受信データ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、アレイトランスデューサから出力される受信信号の振幅に応じて受信信号処理部による受信信号のＡ／Ｄ変換可能範囲のうち実際にＡ／Ｄ変換が実行されるＡ／Ｄ変換実行範囲を限定するように受信信号処理部を制御する制御部を備えたものである。
【００１０】
受信信号処理部は、受信信号をＡ／Ｄ変換する逐次比較型Ａ／Ｄコンバータを有し、制御部は、Ａ／Ｄ変換実行範囲を限定するようにＡ／Ｄコンバータを制御することが好ましい。
制御部は、アレイトランスデューサから出力される受信信号の振幅に応じてＡ／Ｄ変換実行範囲の開始ビットをＡ／Ｄコンバータに指定することができる。この場合、制御部は、測定深度の増加に応じてＡ／Ｄ変換実行範囲の開始ビットを漸減させることが好ましい。
また、制御部は、Ａ／Ｄ変換実行範囲を測定深度に関わらずに所定のビット幅とすることもできる。
制御部は、プレスキャンにより得られた受信信号の振幅に応じてＡ／Ｄ変換実行範囲を決定してもよい。
【００１１】
好ましくは、Ａ／Ｄコンバータは、逐次比較レジスタと、逐次比較レジスタの値をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータと、Ｄ／Ａコンバータにより変換されたアナログ信号とアレイトランスデューサから出力される受信信号とを比較するコンパレータと、コンパレータによる比較結果に基づいて逐次比較レジスタの値を変更するタイミング制御回路とを含み、制御部は、Ａ／Ｄ変換実行範囲を限定するようにタイミング制御回路を制御する。
また、受信信号処理部は、アレイトランスデューサから出力される受信信号を増幅するプリアンプと、プリアンプで増幅された受信信号から信号検出に用いられない高周波成分を除去するローパスフィルタとを含み、Ａ／Ｄコンバータは、ローパスフィルタで高周波成分が除去された受信信号をＡ／Ｄ変換することができる。
【００１２】
この発明に係る超音波画像生成方法は、超音波プローブのアレイトランスデューサ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アレイトランスデューサから出力される受信信号を受信信号処理部で増幅した後にＡ／Ｄ変換することで得られる受信データ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、アレイトランスデューサから出力される受信信号の振幅に応じて受信信号処理部による受信信号のＡ／Ｄ変換可能範囲のうち実際にＡ／Ｄ変換が実行されるＡ／Ｄ変換実行範囲を限定するように受信信号処理部を制御する方法である。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、受信信号の振幅に応じて受信信号処理部による受信信号のＡ／Ｄ変換可能範囲のうち実際にＡ／Ｄ変換が実行されるＡ／Ｄ変換実行範囲を限定するので、画像生成処理の高速化と省電力化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態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】実施の形態で用いられた受信信号処理部の内部構成を示すブロック図である。
【図３】実施の形態で用いられたＡ／Ｄコンバータの内部構成を示すブロック図である。
【図４】実施の形態におけるＡ／Ｄコンバータの動作を示すタイミングチャートである。
【図５】実施の形態におけるエコー信号に対するＡ／Ｄ変換実行範囲の関係を示すグラフである。
【図６】従来のＡ／Ｄコンバータの動作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】
【００１５】
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。
図１に、実施の形態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。
【００１６】
超音波プローブ１は、１次元又は２次元のアレイ状に配列された複数の超音波トランスデューサ３を有し、これら超音波トランスデューサ３にそれぞれ対応して受信信号処理部４が接続され、さらに受信信号処理部４にパラレル／シリアル変換部５を介して無線通信部６が接続されている。また、複数の超音波トランスデューサ３に送信駆動部７を介して送信制御部８が接続され、複数の受信信号処理部４に受信制御部９が接続され、無線通信部６に通信制御部１０が接続されている。そして、パラレル／シリアル変換部５、送信制御部８、受信制御部９および通信制御部１０にプローブ制御部１１が接続されている。
【００１７】
複数の超音波トランスデューサ３は、それぞれ送信駆動部７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。各超音波トランスデューサ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、ＰＭＮ−ＰＴ（マグネシウムニオブ酸・チタン酸鉛固溶体）に代表される圧電単結晶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。
【００１８】
送信駆動部７は、例えば、複数のパルサを含んでおり、送信制御部８によって選択された送信遅延パターンに基づいて、複数の超音波トランスデューサ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超音波トランスデューサ３に供給する。
各受信信号処理部４は、受信制御部９の制御の下で、対応する超音波トランスデューサ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サンプルデータを生成して、サンプルデータをパラレル／シリアル変換部５に供給する。受信信号処理部４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サンプルデータを生成してもよい。
パラレル／シリアル変換部５は、複数の受信信号処理部４によって生成されたパラレルのサンプルデータを、シリアルのサンプルデータに変換する。
【００１９】
無線通信部６は、シリアルのサンプルデータ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、シリアルのサンプルデータを送信する。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６は、診断装置本体２との間で無線通信を行うことにより、サンプルデータを診断装置本体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１０に出力する。通信制御部１０は、プローブ制御部１１によって設定された送信電波強度でサンプルデータの送信が行われるように無線通信部６を制御すると共に、無線通信部６が受信した各種の制御信号をプローブ制御部１１に出力する。
【００２０】
プローブ制御部１１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。
【００２１】
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にシリアル／パラレル変換部２２を介してデータ格納部２３が接続され、データ格納部２３に画像生成部２４が接続されている。さらに、画像生成部２４に表示制御部２５を介して表示部２６が接続されている。また、無線通信部２１に通信制御部２７が接続され、シリアル／パラレル変換部２２、データ格納部２３、画像生成部２４、表示制御部２５および通信制御部２７に本体制御部２８が接続されている。さらに、本体制御部２８には、オペレータが入力操作を行うための操作部２９と、動作プログラムを格納する格納部３０がそれぞれ接続されている。
【００２２】
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、シリアルのサンプルデータを出力する。
通信制御部２７は、本体制御部２８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。
シリアル／パラレル変換部２２は、無線通信部２１から出力されるシリアルのサンプルデータを、パラレルのサンプルデータに変換する。データ格納部２３は、メモリまたはハードディスク等によって構成され、シリアル／パラレル変換部２２によって変換された少なくとも１フレーム分のサンプルデータを格納する。
画像生成部２４は、データ格納部２３から読み出される１フレーム毎のサンプルデータに受信フォーカス処理を施して、超音波診断画像を表す画像信号を生成する。画像生成部２４は、整相加算部３１と画像処理部３２とを含んでいる。
【００２３】
整相加算部３１は、本体制御部２８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、サンプル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、受信フォーカス処理を行う。この受信フォーカス処理により、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。
【００２４】
画像処理部３２は、整相加算部３１によって生成される音線信号に基づいて、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。画像処理部３２は、ＳＴＣ（sensitivity time control）部と、ＤＳＣ（digital scan converter：デジタル・スキャン・コンバータ）とを含んでいる。ＳＴＣ部は、音線信号に対して、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す。ＤＳＣは、ＳＴＣ部によって補正された音線信号を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）し、階調処理等の必要な画像処理を施すことにより、Ｂモード画像信号を生成する。
表示制御部２５は、画像生成部２４によって生成される画像信号に基づいて、表示部２６に超音波診断画像を表示させる。表示部２６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２５の制御の下で、超音波診断画像を表示する。
本体制御部２８は、操作者により操作部２９から入力された各種の指令信号等に基づいて、診断装置本体２内の各部の制御を行うものである。
【００２５】
このような診断装置本体２において、シリアル／パラレル変換部２２、画像生成部２４、表示制御部２５、通信制御部２７および本体制御部２８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３０に格納される。格納部３０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。
【００２６】
ここで、超音波プローブ１内における各受信信号処理部４の内部構成を図２に示す。受信信号処理部４は、対応する超音波トランスデューサ３に入力保護用のクリップ回路４１を介して接続されたプリアンプ４２と、このプリアンプ４２の出力端にローパスフィルタ４３を介して接続されたＡ／Ｄコンバータ４４を有している。また、プリアンプ４２に並列に利得設定回路４５が接続されている。
【００２７】
クリップ回路４１は、超音波トランスデューサ３からプリアンプ４２に設定値を超える電圧の信号が入力されることを防止する。プリアンプ４２は、被検体およびその診断部位等に応じて利得設定回路４５により適宜設定された利得で、超音波トランスデューサ３から出力された受信信号を増幅する。ローパスフィルタ４３は、プリアンプ４２で増幅された受信信号から信号検出に用いられない高周波成分を除去するものである。さらに、Ａ／Ｄコンバータ４４は、ローパスフィルタ４３で高周波成分が除去されたアナログの受信信号をデジタル信号に変換する。
【００２８】
このような構成により受信信号処理部４による受信信号のＡ／Ｄ変換可能範囲が決定され、Ａ／Ｄコンバータ４４のダイナミックレンジに応じた分解能で受信信号のＡ／Ｄ変換が行われる。
ただし、超音波エコーの受信に起因して超音波トランスデューサ３から出力される受信信号の振幅の変動範囲が受信信号処理部４によるＡ／Ｄ変換可能範囲のうちの一部に過ぎない場合には、Ａ／Ｄコンバータ４４の全ビットのうち受信信号の振幅に対応した一部のビットのみを使用することで、実際にＡ／Ｄ変換の実行に使用されるＡ／Ｄ変換実行範囲を受信信号の振幅に応じた一部の範囲に限定しても、受信信号を正確にＡ／Ｄ変換することができる。
【００２９】
そこで、この実施の形態においては、受信制御部９から各受信信号処理部４のＡ／Ｄコンバータ４４にＡ／Ｄ変換の開始を指示する変換開始信号とは別にＡ／Ｄ開始ビットを指定する開始ビット指定信号とＡ／Ｄ終了ビットを指定する終了ビット指定信号が入力され、Ａ／Ｄコンバータ４４は、受信制御部９から入力された開始ビット指定信号および終了ビット指定信号でそれぞれ指定されたＡ／Ｄ開始ビットおよびＡ／Ｄ終了ビットで決定されるＡ／Ｄ変換実行範囲に限定して受信信号のＡ／Ｄ変換を行う。
【００３０】
Ａ／Ｄコンバータ４４は、いわゆる逐次比較型のＡ／Ｄコンバータであり、図３に示されるように、逐次比較レジスタ５１と、逐次比較レジスタ５１の値をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータ５２と、Ｄ／Ａコンバータ５２により変換されたアナログ信号とローパスフィルタ４３を介して入力された受信信号とを比較するコンパレータ５３とを有している。さらに、逐次比較レジスタ５１に、コンパレータ５３による比較結果に基づいて逐次比較レジスタ５１の値を変更するタイミング制御回路５４が接続されている。
このＡ／Ｄコンバータ４４では、タイミング制御回路５４により逐次比較レジスタ５１の値を漸次変更しながら、逐次比較レジスタ５１の値をＤ／Ａコンバータ５２で変換したアナログ信号と受信信号との比較がコンパレータ５３で繰り返されるが、逐次比較レジスタ５１の値は、Ａ／Ｄコンバータ４４の最上位ビットＭＳＢから最下位ビットＬＳＢまでのすべてのビットが変更されるのではなく、受信制御部９からタイミング制御回路５４に入力された開始ビット指定信号および終了ビット指定信号により指定されるＡ／Ｄ開始ビットとＡ／Ｄ終了ビットの間でのみ変更される。
【００３１】
すなわち、図４に示されるように、タイミング制御回路５４に変換開始信号が入力されると、１クロック毎に逐次比較レジスタ５１の値が開始ビット指定信号で指定されたＡ／Ｄ開始ビットから終了ビット指定信号で指定されたＡ／Ｄ終了ビットまで１ビットずつ変更され、順次、逐次比較レジスタ５１の値をＤ／Ａコンバータ５２でアナログ化した信号と受信信号との比較が行われる。
このため、Ａ／Ｄコンバータ４４がｎビットの構成を有し、Ａ／Ｄ開始ビットからＡ／Ｄ終了ビットまでをｍビット（ｍ＜ｎ）とすると、最上位ビットＭＳＢから最下位ビットＬＳＢまでのｎビットの全範囲にわたってＡ／Ｄ変換を行う場合には、１つの受信信号のＡ／Ｄ変換にｎクロックを必要とするのに対して、この実施の形態においては、１つの受信信号のＡ／Ｄ変換をｍクロックで完了することとなる。その結果、最上位ビットＭＳＢから最下位ビットＬＳＢまでのｎビットの全範囲にわたってＡ／Ｄ変換を行う場合に必要な変換時間Ｔｎに比べて、より短い変換時間Ｔｍで受信信号のＡ／Ｄ変換を行うことが可能となり、これに伴って消費電力の低減もなされる。
【００３２】
次に、この実施の形態の動作について説明する。
まず、診断に先立って被検体に対し超音波ビームによるプレスキャンが行われる。すなわち、超音波プローブ１の複数のトランスデューサ３から被検体へ超音波ビームが送信され、被検体からの超音波エコーを受信した各超音波トランスデューサ３から出力された受信信号がそれぞれ対応する受信信号処理部４に供給されてサンプルデータが生成され、パラレル／シリアル変換部１３および無線通信部１４を介して診断装置本体２へ無線伝送される。無線通信部２１で受信されたサンプルデータは、シリアル／パラレル変換部２２でパラレルのデータに変換され、データ格納部２３に格納される。なお、このとき、受信信号処理部４内のＡ／Ｄコンバータ４４は、Ａ／Ｄ変換実行範囲を限定されることなく最上位ビットＭＳＢから最下位ビットＬＳＢまでの全ビットを用いてＡ／Ｄ変換を行うものとする。
【００３３】
ここで、本体制御部２８は、データ格納部２３に格納されたサンプルデータに基づき、各超音波トランスデューサ３から出力された受信信号の振幅の変動範囲を認識すると共に、認識された受信信号の振幅の変動範囲に基づいて、受信信号をＡ／Ｄ変換するのに十分なＡ／Ｄ変換実行範囲を決定する。このＡ／Ｄ変換実行範囲は、受信信号処理部４のＡ／Ｄコンバータ４４により実際にＡ／Ｄ変換が実行される範囲で、測定深度に関わらずに所定のビット幅に設定され、Ａ／Ｄ開始ビットとＡ／Ｄ終了ビットを指定することにより特定することができる。
【００３４】
一般に、超音波診断においては、送信された超音波ビームが被検体内を進行するに従って減衰するので、図５に示されるように、深度が深くなるほど到達する超音波ビームの強度は小さくなる。また、被検体内の各部で反射されて超音波プローブに戻ってくる超音波エコーも、同様に進行に従って減衰する。すなわち、測定深度が増すほど、超音波エコーの強度は概して小さくなる。その結果、超音波エコーの受信に起因して各超音波トランスデューサ３から出力される受信信号の振幅も、超音波エコーとほぼ同様に測定深度に応じて変化し、測定深度が増すほど小さくなる。
【００３５】
測定深度に応じてこのように変化する超音波エコーを受信するために、測定領域内の各部から戻ってくる超音波エコーの強度をすべてカバーするような強度範囲に対応して受信信号処理部４によるＡ／Ｄ変換可能範囲が設定される。そして、測定深度に応じた超音波エコーの強度変化に合わせて、測定深度毎の超音波エコーの強度を十分に含む所定の強度幅を有すると共に測定深度が増すほど次第に強度の値が小さくなるような強度範囲に対応してＡ／Ｄ変換実行範囲が決定される。
なお、図５では、Ａ／Ｄ変換可能範囲とＡ／Ｄ変換実行範囲がそれぞれ超音波エコーの強度レベルに換算されたものとして示されている。
このように、測定深度が増すほど値が小さくなるＡ／Ｄ変換実行範囲を特定するため、Ａ／Ｄ変換実行範囲のＡ／Ｄ開始ビットおよびＡ／Ｄ終了ビットが測定深度の増加に応じて漸減される。
【００３６】
以上のようにして決定されたＡ／Ｄ変換実行範囲のＡ／Ｄ開始ビットおよびＡ／Ｄ終了ビットが、本体制御部２８から通信制御部２７および無線通信部２１を介して超音波プローブ１に無線伝送され、無線通信部６で受信された後、通信制御部１０およびプローブ制御部１１を介して受信制御部９に送られる。
【００３７】
そして、超音波診断が開始されると、超音波プローブ１の送信駆動部７から供給される駆動信号に従って複数の超音波トランスデューサ３から超音波が送信され、被検体からの超音波エコーを受信した各超音波トランスデューサ３から出力された受信信号がそれぞれ対応する受信信号処理部４に供給される。
受信信号は、受信信号処理部４内のプリアンプ４２で増幅され、ローパスフィルタ４３で高周波成分が除去された後にＡ／Ｄコンバータ４４に入力される。このＡ／Ｄコンバータ４４に受信制御部９から変換開始信号と共に開始ビット指定信号および終了ビット指定信号が入力され、Ａ／Ｄコンバータ４４は、開始ビット指定信号および終了ビット指定信号でそれぞれ指定されたＡ／Ｄ開始ビットおよびＡ／Ｄ終了ビットで決定されるＡ／Ｄ変換実行範囲内において受信信号のＡ／Ｄ変換を行う。
【００３８】
すなわち、タイミング制御回路５４により１クロック毎に逐次比較レジスタ５１の値がＡ／Ｄ開始ビットからＡ／Ｄ終了ビットまで１ビットずつ変更され、順次、Ｄ／Ａコンバータ５２でアナログ信号に変換された逐次比較レジスタ５１の値と受信信号とが比較されることでＡ／Ｄ変換が行われる。
このとき、Ａ／Ｄコンバータ４４の最上位ビットＭＳＢから最下位ビットＬＳＢまでの全ビットを用いてＡ／Ｄ変換を行うのではなく、受信信号の振幅に応じて限定されたＡ／Ｄ変換実行範囲内でＡ／Ｄ変換がなされるので、短時間にＡ／Ｄ変換の処理を完了することができる。
なお、測定深度が増すほど、受信制御部９からＡ／Ｄコンバータ４４に指示されるＡ／Ｄ変換実行範囲のＡ／Ｄ開始ビットおよびＡ／Ｄ終了ビットが漸減されることで、測定深度に応じたエコー信号の振幅変化に追従して受信信号が正確にＡ／Ｄ変換されることとなる。
【００３９】
このようにしてＡ／Ｄコンバータ４４で受信信号にＡ／Ｄ変換を施すことによりサンプルデータが生成され、このサンプルデータがパラレル／シリアル変換部５でシリアル化された後に無線通信部６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で受信されたサンプルデータは、シリアル／パラレル変換部２２でパラレルのデータに変換され、データ格納部２３に格納される。さらに、データ格納部２３から１フレーム毎のサンプルデータが読み出され、画像生成部２４で画像信号が生成され、この画像信号に基づいて表示制御部２５により超音波診断画像が表示部２６に表示される。
【００４０】
以上のように、受信信号の振幅に応じて受信信号処理部４による受信信号のＡ／Ｄ変換可能範囲のうちＡ／Ｄ変換実行範囲を限定して受信信号のＡ／Ｄ変換を行うので、それぞれの受信信号のＡ／Ｄ変換に関わる変換時間の短縮と消費電力の低減を図ることができ、さらに画像生成処理全体の高速化と省電力化を図ることが可能となる。
【００４１】
なお、上記の実施の形態では、受信制御部９がＡ／Ｄ開始ビットおよびＡ／Ｄ終了ビットをＡ／Ｄコンバータ４４に指示することによりＡ／Ｄ変換実行範囲を特定したが、Ａ／Ｄ変換実行範囲は測定深度に関わらずに所定のビット幅に設定されるため、Ａ／Ｄ開始ビットと所定のビット幅を指示することでＡ／Ｄ変換実行範囲を特定することもできる。同様に、Ａ／Ｄ終了ビットと所定のビット幅によりＡ／Ｄ変換実行範囲を特定してもよい。
【００４２】
また、診断装置本体２の本体制御部２８が各超音波トランスデューサ３から出力された受信信号の振幅の変化を認識すると共にＡ／Ｄコンバータ４４のＡ／Ｄ変換実行範囲を決定したが、例えば、超音波プローブ１内のプローブ制御部１１が受信信号処理部４で生成されたサンプルデータに基づいて受信信号の振幅変化の認識とＡ／Ｄコンバータ４４のＡ／Ｄ変換実行範囲の決定を行うように構成することもできる。
【００４３】
上記の実施の形態では、超音波プローブ１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の無線通信部６および通信制御部１０、診断装置本体２の無線通信部２１および通信制御部２７等は不要となる。
【符号の説明】
【００４４】
１ 超音波プローブ、２ 診断装置本体、３ 超音波トランスデューサ、４ 受信信号処理部、５ パラレル／シリアル変換部、６ 無線通信部、７ 送信駆動部、８ 送信制御部、９ 受信制御部、１０ 通信制御部、１１ プローブ制御部、２１ 無線通信部、２２ シリアル／パラレル変換部、２３ データ格納部、２４ 画像生成部、２５ 表示制御部、２６ 表示部、２７ 通信制御部、２８ 本体制御部、２９ 操作部、３０ 格納部、３１ 整相加算部、３２ 画像処理部、４１ クリップ回路、４２ プリアンプ、４３ ローパスフィルタ、４４ Ａ／Ｄコンバータ、４５ 利得設定回路、５１ 逐次比較レジスタ、５２ Ｄ／Ａコンバータ、５３ コンパレータ、５４ タイミング制御回路。
【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、被検体による超音波エコーを受信したアレイトランスデューサから出力される受信信号を受信信号処理部で増幅した後にＡ／Ｄ変換することで得られる受信データに基づいて超音波画像を生成する超音波診断装置に関する。
【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、超音波プローブのアレイトランスデューサから被検体内に向けて超音波ビームを送信し、被検体からの超音波エコーをアレイトランスデューサで受信して、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】
例えば、特許文献１には、超音波エコーを受信したアレイトランスデューサから出力された受信信号が、それぞれ、プリアンプで増幅され、Ａ／ＤコンバータでＡ／Ｄ変換された後、適切な遅延を与えられることで互いに位相が合致した状態で加算され、これにより受信フォーカス処理を行う超音波診断装置が開示されている。
この受信フォーカス処理によって超音波エコーの焦点が絞り込まれた音線信号が生成され、このようにして生成された診断領域内の複数の音線信号に基づいて、被検体内の断層画像情報であるＢモード画像信号が生成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−２３２８８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、受信信号をＡ／Ｄ変換するためのＡ／Ｄコンバータとしては、各種のものが存在するが、一般に、小さな回路規模で実現することができる逐次比較型Ａ／Ｄコンバータが広く使用されている。
この逐次比較型Ａ／Ｄコンバータでは、逐次比較レジスタの値をアナログ化した信号と各トランスデューサから出力される受信信号とを比較し、比較結果に基づいて逐次比較レジスタの値を漸次変更しながら、比較を繰り返す。
【０００６】
具体的には、例えば図６に示されるように、Ａ／Ｄ変換の開始を指示する変換開始信号が入力されると、１クロック毎に逐次比較レジスタの値がＡ／Ｄコンバータの最上位ビットＭＳＢから最下位ビットＬＳＢまで１ビットずつ変更され、順次、逐次比較レジスタの値をアナログ化した信号と各トランスデューサから出力される受信信号との比較が行われる。例えば、ｎビットのＡ／Ｄコンバータでは、１つの受信信号のＡ／Ｄ変換の完了までに、ｎ回の比較作業が行われ、この比較作業の回数に対応した変換時間Ｔｎがかかる。
【０００７】
すなわち、超音波エコーの受信に起因して各トランスデューサから出力される受信信号の振幅がＡ／Ｄ変換可能範囲のうちの一部に過ぎない場合であっても、最上位ビットＭＳＢから最下位ビットＬＳＢまで全ビットにわたって順次比較作業が行われ。必要以上の変換時間と消費電力を要してしまう。
超音波画像の生成においては、診断領域への超音波ビームの走査に伴ってアレイトランスデューサの複数のトランスデューサがそれぞれ多数の受信信号を出力するため、１つの受信信号のＡ／Ｄ変換に関わる変換時間の短縮と消費電力の低減を図ることができれば、超音波診断装置の画像生成処理における処理時間と消費電力に対して大きな意義を有することとなる。
【０００８】
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、画像生成処理の高速化と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】
【０００９】
この発明に係る超音波診断装置は、超音波プローブのアレイトランスデューサ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アレイトランスデューサから出力される受信信号を受信信号処理部で増幅した後にＡ／Ｄ変換することで得られる受信データ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、アレイトランスデューサから出力される受信信号の振幅に応じて受信信号処理部による受信信号のＡ／Ｄ変換可能範囲のうち実際にＡ／Ｄ変換が実行されるＡ／Ｄ変換実行範囲を限定するように受信信号処理部を制御する制御部を備えたものである。
【００１０】
受信信号処理部は、受信信号をＡ／Ｄ変換する逐次比較型Ａ／Ｄコンバータを有し、制御部は、Ａ／Ｄ変換実行範囲を限定するようにＡ／Ｄコンバータを制御することが好ましい。
制御部は、アレイトランスデューサから出力される受信信号の振幅に応じてＡ／Ｄ変換実行範囲の開始ビットをＡ／Ｄコンバータに指定することができる。この場合、制御部は、測定深度の増加に応じてＡ／Ｄ変換実行範囲の開始ビットを漸減させることが好ましい。
また、制御部は、Ａ／Ｄ変換実行範囲を測定深度に関わらずに所定のビット幅とすることもできる。
制御部は、プレスキャンにより得られた受信信号の振幅に応じてＡ／Ｄ変換実行範囲を決定してもよい。
【００１１】
好ましくは、Ａ／Ｄコンバータは、逐次比較レジスタと、逐次比較レジスタの値をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータと、Ｄ／Ａコンバータにより変換されたアナログ信号とアレイトランスデューサから出力される受信信号とを比較するコンパレータと、コンパレータによる比較結果に基づいて逐次比較レジスタの値を変更するタイミング制御回路とを含み、制御部は、Ａ／Ｄ変換実行範囲を限定するようにタイミング制御回路を制御する。
また、受信信号処理部は、アレイトランスデューサから出力される受信信号を増幅するプリアンプと、プリアンプで増幅された受信信号から信号検出に用いられない高周波成分を除去するローパスフィルタとを含み、Ａ／Ｄコンバータは、ローパスフィルタで高周波成分が除去された受信信号をＡ／Ｄ変換することができる。
【００１２】
この発明に係る超音波画像生成方法は、超音波プローブのアレイトランスデューサ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アレイトランスデューサから出力される受信信号を受信信号処理部で増幅した後にＡ／Ｄ変換することで得られる受信データ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、アレイトランスデューサから出力される受信信号の振幅に応じて受信信号処理部による受信信号のＡ／Ｄ変換可能範囲のうち実際にＡ／Ｄ変換が実行されるＡ／Ｄ変換実行範囲を限定するように受信信号処理部を制御する方法である。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、受信信号の振幅に応じて受信信号処理部による受信信号のＡ／Ｄ変換可能範囲のうち実際にＡ／Ｄ変換が実行されるＡ／Ｄ変換実行範囲を限定するので、画像生成処理の高速化と省電力化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態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】実施の形態で用いられた受信信号処理部の内部構成を示すブロック図である。
【図３】実施の形態で用いられたＡ／Ｄコンバータの内部構成を示すブロック図である。
【図４】実施の形態におけるＡ／Ｄコンバータの動作を示すタイミングチャートである。
【図５】実施の形態におけるエコー信号に対するＡ／Ｄ変換実行範囲の関係を示すグラフである。
【図６】従来のＡ／Ｄコンバータの動作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】
【００１５】
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。
図１に、実施の形態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。
【００１６】
超音波プローブ１は、１次元又は２次元のアレイ状に配列された複数の超音波トランスデューサ３を有し、これら超音波トランスデューサ３にそれぞれ対応して受信信号処理部４が接続され、さらに受信信号処理部４にパラレル／シリアル変換部５を介して無線通信部６が接続されている。また、複数の超音波トランスデューサ３に送信駆動部７を介して送信制御部８が接続され、複数の受信信号処理部４に受信制御部９が接続され、無線通信部６に通信制御部１０が接続されている。そして、パラレル／シリアル変換部５、送信制御部８、受信制御部９および通信制御部１０にプローブ制御部１１が接続されている。
【００１７】
複数の超音波トランスデューサ３は、それぞれ送信駆動部７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。各超音波トランスデューサ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、ＰＭＮ−ＰＴ（マグネシウムニオブ酸・チタン酸鉛固溶体）に代表される圧電単結晶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。
【００１８】
送信駆動部７は、例えば、複数のパルサを含んでおり、送信制御部８によって選択された送信遅延パターンに基づいて、複数の超音波トランスデューサ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超音波トランスデューサ３に供給する。
各受信信号処理部４は、受信制御部９の制御の下で、対応する超音波トランスデューサ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サンプルデータを生成して、サンプルデータをパラレル／シリアル変換部５に供給する。受信信号処理部４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サンプルデータを生成してもよい。
パラレル／シリアル変換部５は、複数の受信信号処理部４によって生成されたパラレルのサンプルデータを、シリアルのサンプルデータに変換する。
【００１９】
無線通信部６は、シリアルのサンプルデータ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、シリアルのサンプルデータを送信する。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６は、診断装置本体２との間で無線通信を行うことにより、サンプルデータを診断装置本体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１０に出力する。通信制御部１０は、プローブ制御部１１によって設定された送信電波強度でサンプルデータの送信が行われるように無線通信部６を制御すると共に、無線通信部６が受信した各種の制御信号をプローブ制御部１１に出力する。
【００２０】
プローブ制御部１１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。
【００２１】
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にシリアル／パラレル変換部２２を介してデータ格納部２３が接続され、データ格納部２３に画像生成部２４が接続されている。さらに、画像生成部２４に表示制御部２５を介して表示部２６が接続されている。また、無線通信部２１に通信制御部２７が接続され、シリアル／パラレル変換部２２、データ格納部２３、画像生成部２４、表示制御部２５および通信制御部２７に本体制御部２８が接続されている。さらに、本体制御部２８には、オペレータが入力操作を行うための操作部２９と、動作プログラムを格納する格納部３０がそれぞれ接続されている。
【００２２】
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、シリアルのサンプルデータを出力する。
通信制御部２７は、本体制御部２８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。
シリアル／パラレル変換部２２は、無線通信部２１から出力されるシリアルのサンプルデータを、パラレルのサンプルデータに変換する。データ格納部２３は、メモリまたはハードディスク等によって構成され、シリアル／パラレル変換部２２によって変換された少なくとも１フレーム分のサンプルデータを格納する。
画像生成部２４は、データ格納部２３から読み出される１フレーム毎のサンプルデータに受信フォーカス処理を施して、超音波診断画像を表す画像信号を生成する。画像生成部２４は、整相加算部３１と画像処理部３２とを含んでいる。
【００２３】
整相加算部３１は、本体制御部２８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、サンプル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、受信フォーカス処理を行う。この受信フォーカス処理により、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。
【００２４】
画像処理部３２は、整相加算部３１によって生成される音線信号に基づいて、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。画像処理部３２は、ＳＴＣ（sensitivity time control）部と、ＤＳＣ（digital scan converter：デジタル・スキャン・コンバータ）とを含んでいる。ＳＴＣ部は、音線信号に対して、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す。ＤＳＣは、ＳＴＣ部によって補正された音線信号を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）し、階調処理等の必要な画像処理を施すことにより、Ｂモード画像信号を生成する。
表示制御部２５は、画像生成部２４によって生成される画像信号に基づいて、表示部２６に超音波診断画像を表示させる。表示部２６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２５の制御の下で、超音波診断画像を表示する。
本体制御部２８は、操作者により操作部２９から入力された各種の指令信号等に基づいて、診断装置本体２内の各部の制御を行うものである。
【００２５】
このような診断装置本体２において、シリアル／パラレル変換部２２、画像生成部２４、表示制御部２５、通信制御部２７および本体制御部２８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３０に格納される。格納部３０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。
【００２６】
ここで、超音波プローブ１内における各受信信号処理部４の内部構成を図２に示す。受信信号処理部４は、対応する超音波トランスデューサ３に入力保護用のクリップ回路４１を介して接続されたプリアンプ４２と、このプリアンプ４２の出力端にローパスフィルタ４３を介して接続されたＡ／Ｄコンバータ４４を有している。また、プリアンプ４２に並列に利得設定回路４５が接続されている。
【００２７】
クリップ回路４１は、超音波トランスデューサ３からプリアンプ４２に設定値を超える電圧の信号が入力されることを防止する。プリアンプ４２は、被検体およびその診断部位等に応じて利得設定回路４５により適宜設定された利得で、超音波トランスデューサ３から出力された受信信号を増幅する。ローパスフィルタ４３は、プリアンプ４２で増幅された受信信号から信号検出に用いられない高周波成分を除去するものである。さらに、Ａ／Ｄコンバータ４４は、ローパスフィルタ４３で高周波成分が除去されたアナログの受信信号をデジタル信号に変換する。
【００２８】
このような構成により受信信号処理部４による受信信号のＡ／Ｄ変換可能範囲が決定され、Ａ／Ｄコンバータ４４のダイナミックレンジに応じた分解能で受信信号のＡ／Ｄ変換が行われる。
ただし、超音波エコーの受信に起因して超音波トランスデューサ３から出力される受信信号の振幅の変動範囲が受信信号処理部４によるＡ／Ｄ変換可能範囲のうちの一部に過ぎない場合には、Ａ／Ｄコンバータ４４の全ビットのうち受信信号の振幅に対応した一部のビットのみを使用することで、実際にＡ／Ｄ変換の実行に使用されるＡ／Ｄ変換実行範囲を受信信号の振幅に応じた一部の範囲に限定しても、受信信号を正確にＡ／Ｄ変換することができる。
【００２９】
そこで、この実施の形態においては、受信制御部９から各受信信号処理部４のＡ／Ｄコンバータ４４にＡ／Ｄ変換の開始を指示する変換開始信号とは別にＡ／Ｄ開始ビットを指定する開始ビット指定信号とＡ／Ｄ終了ビットを指定する終了ビット指定信号が入力され、Ａ／Ｄコンバータ４４は、受信制御部９から入力された開始ビット指定信号および終了ビット指定信号でそれぞれ指定されたＡ／Ｄ開始ビットおよびＡ／Ｄ終了ビットで決定されるＡ／Ｄ変換実行範囲に限定して受信信号のＡ／Ｄ変換を行う。
【００３０】
Ａ／Ｄコンバータ４４は、いわゆる逐次比較型のＡ／Ｄコンバータであり、図３に示されるように、逐次比較レジスタ５１と、逐次比較レジスタ５１の値をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータ５２と、Ｄ／Ａコンバータ５２により変換されたアナログ信号とローパスフィルタ４３を介して入力された受信信号とを比較するコンパレータ５３とを有している。さらに、逐次比較レジスタ５１に、コンパレータ５３による比較結果に基づいて逐次比較レジスタ５１の値を変更するタイミング制御回路５４が接続されている。
このＡ／Ｄコンバータ４４では、タイミング制御回路５４により逐次比較レジスタ５１の値を漸次変更しながら、逐次比較レジスタ５１の値をＤ／Ａコンバータ５２で変換したアナログ信号と受信信号との比較がコンパレータ５３で繰り返されるが、逐次比較レジスタ５１の値は、Ａ／Ｄコンバータ４４の最上位ビットＭＳＢから最下位ビットＬＳＢまでのすべてのビットが変更されるのではなく、受信制御部９からタイミング制御回路５４に入力された開始ビット指定信号および終了ビット指定信号により指定されるＡ／Ｄ開始ビットとＡ／Ｄ終了ビットの間でのみ変更される。
【００３１】
すなわち、図４に示されるように、タイミング制御回路５４に変換開始信号が入力されると、１クロック毎に逐次比較レジスタ５１の値が開始ビット指定信号で指定されたＡ／Ｄ開始ビットから終了ビット指定信号で指定されたＡ／Ｄ終了ビットまで１ビットずつ変更され、順次、逐次比較レジスタ５１の値をＤ／Ａコンバータ５２でアナログ化した信号と受信信号との比較が行われる。
このため、Ａ／Ｄコンバータ４４がｎビットの構成を有し、Ａ／Ｄ開始ビットからＡ／Ｄ終了ビットまでをｍビット（ｍ＜ｎ）とすると、最上位ビットＭＳＢから最下位ビットＬＳＢまでのｎビットの全範囲にわたってＡ／Ｄ変換を行う場合には、１つの受信信号のＡ／Ｄ変換にｎクロックを必要とするのに対して、この実施の形態においては、１つの受信信号のＡ／Ｄ変換をｍクロックで完了することとなる。その結果、最上位ビットＭＳＢから最下位ビットＬＳＢまでのｎビットの全範囲にわたってＡ／Ｄ変換を行う場合に必要な変換時間Ｔｎに比べて、より短い変換時間Ｔｍで受信信号のＡ／Ｄ変換を行うことが可能となり、これに伴って消費電力の低減もなされる。
【００３２】
次に、この実施の形態の動作について説明する。
まず、診断に先立って被検体に対し超音波ビームによるプレスキャンが行われる。すなわち、超音波プローブ１の複数のトランスデューサ３から被検体へ超音波ビームが送信され、被検体からの超音波エコーを受信した各超音波トランスデューサ３から出力された受信信号がそれぞれ対応する受信信号処理部４に供給されてサンプルデータが生成され、パラレル／シリアル変換部１３および無線通信部１４を介して診断装置本体２へ無線伝送される。無線通信部２１で受信されたサンプルデータは、シリアル／パラレル変換部２２でパラレルのデータに変換され、データ格納部２３に格納される。なお、このとき、受信信号処理部４内のＡ／Ｄコンバータ４４は、Ａ／Ｄ変換実行範囲を限定されることなく最上位ビットＭＳＢから最下位ビットＬＳＢまでの全ビットを用いてＡ／Ｄ変換を行うものとする。
【００３３】
ここで、本体制御部２８は、データ格納部２３に格納されたサンプルデータに基づき、各超音波トランスデューサ３から出力された受信信号の振幅の変動範囲を認識すると共に、認識された受信信号の振幅の変動範囲に基づいて、受信信号をＡ／Ｄ変換するのに十分なＡ／Ｄ変換実行範囲を決定する。このＡ／Ｄ変換実行範囲は、受信信号処理部４のＡ／Ｄコンバータ４４により実際にＡ／Ｄ変換が実行される範囲で、測定深度に関わらずに所定のビット幅に設定され、Ａ／Ｄ開始ビットとＡ／Ｄ終了ビットを指定することにより特定することができる。
【００３４】
一般に、超音波診断においては、送信された超音波ビームが被検体内を進行するに従って減衰するので、図５に示されるように、深度が深くなるほど到達する超音波ビームの強度は小さくなる。また、被検体内の各部で反射されて超音波プローブに戻ってくる超音波エコーも、同様に進行に従って減衰する。すなわち、測定深度が増すほど、超音波エコーの強度は概して小さくなる。その結果、超音波エコーの受信に起因して各超音波トランスデューサ３から出力される受信信号の振幅も、超音波エコーとほぼ同様に測定深度に応じて変化し、測定深度が増すほど小さくなる。
【００３５】
測定深度に応じてこのように変化する超音波エコーを受信するために、測定領域内の各部から戻ってくる超音波エコーの強度をすべてカバーするような強度範囲に対応して受信信号処理部４によるＡ／Ｄ変換可能範囲が設定される。そして、測定深度に応じた超音波エコーの強度変化に合わせて、測定深度毎の超音波エコーの強度を十分に含む所定の強度幅を有すると共に測定深度が増すほど次第に強度の値が小さくなるような強度範囲に対応してＡ／Ｄ変換実行範囲が決定される。
なお、図５では、Ａ／Ｄ変換可能範囲とＡ／Ｄ変換実行範囲がそれぞれ超音波エコーの強度レベルに換算されたものとして示されている。
このように、測定深度が増すほど値が小さくなるＡ／Ｄ変換実行範囲を特定するため、Ａ／Ｄ変換実行範囲のＡ／Ｄ開始ビットおよびＡ／Ｄ終了ビットが測定深度の増加に応じて漸減される。
【００３６】
以上のようにして決定されたＡ／Ｄ変換実行範囲のＡ／Ｄ開始ビットおよびＡ／Ｄ終了ビットが、本体制御部２８から通信制御部２７および無線通信部２１を介して超音波プローブ１に無線伝送され、無線通信部６で受信された後、通信制御部１０およびプローブ制御部１１を介して受信制御部９に送られる。
【００３７】
そして、超音波診断が開始されると、超音波プローブ１の送信駆動部７から供給される駆動信号に従って複数の超音波トランスデューサ３から超音波が送信され、被検体からの超音波エコーを受信した各超音波トランスデューサ３から出力された受信信号がそれぞれ対応する受信信号処理部４に供給される。
受信信号は、受信信号処理部４内のプリアンプ４２で増幅され、ローパスフィルタ４３で高周波成分が除去された後にＡ／Ｄコンバータ４４に入力される。このＡ／Ｄコンバータ４４に受信制御部９から変換開始信号と共に開始ビット指定信号および終了ビット指定信号が入力され、Ａ／Ｄコンバータ４４は、開始ビット指定信号および終了ビット指定信号でそれぞれ指定されたＡ／Ｄ開始ビットおよびＡ／Ｄ終了ビットで決定されるＡ／Ｄ変換実行範囲内において受信信号のＡ／Ｄ変換を行う。
【００３８】
すなわち、タイミング制御回路５４により１クロック毎に逐次比較レジスタ５１の値がＡ／Ｄ開始ビットからＡ／Ｄ終了ビットまで１ビットずつ変更され、順次、Ｄ／Ａコンバータ５２でアナログ信号に変換された逐次比較レジスタ５１の値と受信信号とが比較されることでＡ／Ｄ変換が行われる。
このとき、Ａ／Ｄコンバータ４４の最上位ビットＭＳＢから最下位ビットＬＳＢまでの全ビットを用いてＡ／Ｄ変換を行うのではなく、受信信号の振幅に応じて限定されたＡ／Ｄ変換実行範囲内でＡ／Ｄ変換がなされるので、短時間にＡ／Ｄ変換の処理を完了することができる。
なお、測定深度が増すほど、受信制御部９からＡ／Ｄコンバータ４４に指示されるＡ／Ｄ変換実行範囲のＡ／Ｄ開始ビットおよびＡ／Ｄ終了ビットが漸減されることで、測定深度に応じたエコー信号の振幅変化に追従して受信信号が正確にＡ／Ｄ変換されることとなる。
【００３９】
このようにしてＡ／Ｄコンバータ４４で受信信号にＡ／Ｄ変換を施すことによりサンプルデータが生成され、このサンプルデータがパラレル／シリアル変換部５でシリアル化された後に無線通信部６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で受信されたサンプルデータは、シリアル／パラレル変換部２２でパラレルのデータに変換され、データ格納部２３に格納される。さらに、データ格納部２３から１フレーム毎のサンプルデータが読み出され、画像生成部２４で画像信号が生成され、この画像信号に基づいて表示制御部２５により超音波診断画像が表示部２６に表示される。
【００４０】
以上のように、受信信号の振幅に応じて受信信号処理部４による受信信号のＡ／Ｄ変換可能範囲のうちＡ／Ｄ変換実行範囲を限定して受信信号のＡ／Ｄ変換を行うので、それぞれの受信信号のＡ／Ｄ変換に関わる変換時間の短縮と消費電力の低減を図ることができ、さらに画像生成処理全体の高速化と省電力化を図ることが可能となる。
【００４１】
なお、上記の実施の形態では、受信制御部９がＡ／Ｄ開始ビットおよびＡ／Ｄ終了ビットをＡ／Ｄコンバータ４４に指示することによりＡ／Ｄ変換実行範囲を特定したが、Ａ／Ｄ変換実行範囲は測定深度に関わらずに所定のビット幅に設定されるため、Ａ／Ｄ開始ビットと所定のビット幅を指示することでＡ／Ｄ変換実行範囲を特定することもできる。同様に、Ａ／Ｄ終了ビットと所定のビット幅によりＡ／Ｄ変換実行範囲を特定してもよい。
【００４２】
また、診断装置本体２の本体制御部２８が各超音波トランスデューサ３から出力された受信信号の振幅の変化を認識すると共にＡ／Ｄコンバータ４４のＡ／Ｄ変換実行範囲を決定したが、例えば、超音波プローブ１内のプローブ制御部１１が受信信号処理部４で生成されたサンプルデータに基づいて受信信号の振幅変化の認識とＡ／Ｄコンバータ４４のＡ／Ｄ変換実行範囲の決定を行うように構成することもできる。
【００４３】
上記の実施の形態では、超音波プローブ１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の無線通信部６および通信制御部１０、診断装置本体２の無線通信部２１および通信制御部２７等は不要となる。
【符号の説明】
【００４４】
１ 超音波プローブ、２ 診断装置本体、３ 超音波トランスデューサ、４ 受信信号処理部、５ パラレル／シリアル変換部、６ 無線通信部、７ 送信駆動部、８ 送信制御部、９ 受信制御部、１０ 通信制御部、１１ プローブ制御部、２１ 無線通信部、２２ シリアル／パラレル変換部、２３ データ格納部、２４ 画像生成部、２５ 表示制御部、２６ 表示部、２７ 通信制御部、２８ 本体制御部、２９ 操作部、３０ 格納部、３１ 整相加算部、３２ 画像処理部、４１ クリップ回路、４２ プリアンプ、４３ ローパスフィルタ、４４ Ａ／Ｄコンバータ、４５ 利得設定回路、５１ 逐次比較レジスタ、５２ Ｄ／Ａコンバータ、５３ コンパレータ、５４ タイミング制御回路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波プローブのアレイトランスデューサ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アレイトランスデューサから出力される受信信号を受信信号処理部で増幅した後にＡ／Ｄ変換することで得られる受信データ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、
前記アレイトランスデューサから出力される受信信号の振幅に応じて前記受信信号処理部による前記受信信号のＡ／Ｄ変換可能範囲のうち実際にＡ／Ｄ変換が実行されるＡ／Ｄ変換実行範囲を限定するように前記受信信号処理部を制御する制御部を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記受信信号処理部は、前記受信信号をＡ／Ｄ変換する逐次比較型Ａ／Ｄコンバータを有し、
前記制御部は、前記Ａ／Ｄ変換実行範囲を限定するように前記Ａ／Ｄコンバータを制御する請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記アレイトランスデューサから出力される受信信号の振幅に応じて前記Ａ／Ｄ変換実行範囲の開始ビットを前記Ａ／Ｄコンバータに指定する請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記制御部は、測定深度の増加に応じて前記Ａ／Ｄ変換実行範囲の開始ビットを漸減させる請求項３に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記Ａ／Ｄ変換実行範囲を測定深度に関わらずに所定のビット幅とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記制御部は、プレスキャンにより得られた受信信号の振幅に応じて前記Ａ／Ｄ変換実行範囲を決定する請求項２〜５のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記Ａ／Ｄコンバータは、逐次比較レジスタと、前記逐次比較レジスタの値をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータと、前記Ｄ／Ａコンバータにより変換されたアナログ信号と前記アレイトランスデューサから出力される受信信号とを比較するコンパレータと、前記コンパレータによる比較結果に基づいて前記逐次比較レジスタの値を変更するタイミング制御回路とを含み、
前記制御部は、前記Ａ／Ｄ変換実行範囲を限定するように前記タイミング制御回路を制御する請求項２〜６のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
【請求項８】
前記受信信号処理部は、前記アレイトランスデューサから出力される受信信号を増幅するプリアンプと、前記プリアンプで増幅された受信信号から信号検出に用いない高周波成分を除去するローパスフィルタとを含み、
前記Ａ／Ｄコンバータは、前記ローパスフィルタで高周波成分が除去された受信信号をＡ／Ｄ変換する請求項２〜７のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
【請求項９】
超音波プローブのアレイトランスデューサ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アレイトランスデューサから出力される受信信号を受信信号処理部で増幅した後にＡ／Ｄ変換することで得られる受信データ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、
前記アレイトランスデューサから出力される受信信号の振幅に応じて前記受信信号処理部による前記受信信号のＡ／Ｄ変換可能範囲のうち実際にＡ／Ｄ変換が実行されるＡ／Ｄ変換実行範囲を限定するように前記受信信号処理部を制御する
ことを特徴とする超音波画像生成方法。
【請求項１】
超音波プローブのアレイトランスデューサ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アレイトランスデューサから出力される受信信号を受信信号処理部で増幅した後にＡ／Ｄ変換することで得られる受信データ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、
前記アレイトランスデューサから出力される受信信号の振幅に応じて前記受信信号処理部による前記受信信号のＡ／Ｄ変換可能範囲のうち実際にＡ／Ｄ変換が実行されるＡ／Ｄ変換実行範囲を限定するように前記受信信号処理部を制御する制御部を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記受信信号処理部は、前記受信信号をＡ／Ｄ変換する逐次比較型Ａ／Ｄコンバータを有し、
前記制御部は、前記Ａ／Ｄ変換実行範囲を限定するように前記Ａ／Ｄコンバータを制御する請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記アレイトランスデューサから出力される受信信号の振幅に応じて前記Ａ／Ｄ変換実行範囲の開始ビットを前記Ａ／Ｄコンバータに指定する請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記制御部は、測定深度の増加に応じて前記Ａ／Ｄ変換実行範囲の開始ビットを漸減させる請求項３に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記Ａ／Ｄ変換実行範囲を測定深度に関わらずに所定のビット幅とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記制御部は、プレスキャンにより得られた受信信号の振幅に応じて前記Ａ／Ｄ変換実行範囲を決定する請求項２〜５のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記Ａ／Ｄコンバータは、逐次比較レジスタと、前記逐次比較レジスタの値をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータと、前記Ｄ／Ａコンバータにより変換されたアナログ信号と前記アレイトランスデューサから出力される受信信号とを比較するコンパレータと、前記コンパレータによる比較結果に基づいて前記逐次比較レジスタの値を変更するタイミング制御回路とを含み、
前記制御部は、前記Ａ／Ｄ変換実行範囲を限定するように前記タイミング制御回路を制御する請求項２〜６のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
【請求項８】
前記受信信号処理部は、前記アレイトランスデューサから出力される受信信号を増幅するプリアンプと、前記プリアンプで増幅された受信信号から信号検出に用いない高周波成分を除去するローパスフィルタとを含み、
前記Ａ／Ｄコンバータは、前記ローパスフィルタで高周波成分が除去された受信信号をＡ／Ｄ変換する請求項２〜７のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
【請求項９】
超音波プローブのアレイトランスデューサ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アレイトランスデューサから出力される受信信号を受信信号処理部で増幅した後にＡ／Ｄ変換することで得られる受信データ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、
前記アレイトランスデューサから出力される受信信号の振幅に応じて前記受信信号処理部による前記受信信号のＡ／Ｄ変換可能範囲のうち実際にＡ／Ｄ変換が実行されるＡ／Ｄ変換実行範囲を限定するように前記受信信号処理部を制御する
ことを特徴とする超音波画像生成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２３５９１２（Ｐ２０１２−２３５９１２Ａ）
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０７０８４（Ｐ２０１１−１０７０８４）
【出願日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【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１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【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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