(57)【要約】  【課題】  開口が小さい場合にも見かけ上の量子化精度を向上させることで、ダイナミックレンジの広い、画質の良好な画像を得ることができる超音波診断装置を提供する。  【解決手段】  開口が小さい場合に、クロスポイントスイッチ（ＣＰＳ）３により、反射体からの距離が等しく同じ遅延時間を有する受信信号ｃとｆ（ｄとｅ）が加算され、同一の出力信号ＢとＤ（ＡとＣ）が２つのＡ／Ｄ変換器によりディジタル信号に変換される。【選択図】図１
2005058532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の振動子が配列された配列振動子と、前記配列振動子のうち使用する複数の振動子を選択する複数のスイッチと、前記複数のスイッチで選択された複数の振動子からの受信信号のうち同一の遅延時間が与えられ遅延加算処理が適用される信号を加算するクロスポイントスイッチと、前記クロスポイントスイッチを制御し、加算すべき入力信号と、加算された信号の出力先をコントロールする制御手段と、前記クロスポイントスイッチにより加算された信号をディジタル信号に変換する複数のＡ／Ｄ変換器と、前記複数のＡ／Ｄ変換器からのディジタル信号を遅延加算するビームフォーマとを備えた超音波診断装置であって、
前記複数のスイッチによる前記複数の振動子の選択により設定される開口がその装置で実現可能な最大開口に比較して小さい場合に、前記クロスポイントスイッチからの一つの出力信号が複数のＡ／Ｄ変換器に供給されることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
複数の振動子が配列された配列振動子と、前記配列振動子のうち使用する複数の振動子を選択する複数のスイッチと、前記複数のスイッチで選択された複数の振動子からの受信信号のうち同一の遅延時間が与えられ遅延加算処理が適用される信号を加算するクロスポイントスイッチと、前記クロスポイントスイッチを制御し、加算すべき入力信号と、加算された信号の出力先をコントロールする制御手段と、前記クロスポイントスイッチにより加算された信号をディジタル信号に変換する複数のＡ／Ｄ変換器と、前記複数のＡ／Ｄ変換器からのディジタル信号を遅延加算するビームフォーマとを備えた超音波診断装置であって、
前記複数のスイッチによる前記複数の振動子の選択により設定される開口がその装置で実現可能な最大開口に比較して小さい場合に、前記クロスポイントスイッチにより同一の遅延処理が適用された出力信号はそれぞれ異なるＡ／Ｄ変換器に供給されることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
複数の振動子が配列された配列振動子と、前記配列振動子のうち使用する複数の振動子を選択する複数のスイッチと、前記配列振動子のチャンネルピッチに対応して入力端子数が出力端子数の２倍より多く、前記複数のスイッチで選択された複数の振動子からの受信信号のうち同一の遅延時間が与えられ遅延加算処理が適用される信号を加算するクロスポイントスイッチと、前記クロスポイントスイッチを制御し、加算すべき入力信号と、加算された信号の出力先をコントロールする制御手段と、前記クロスポイントスイッチにより加算された信号をディジタル信号に変換する複数のＡ／Ｄ変換器と、前記複数のＡ／Ｄ変換器からのディジタル信号を遅延加算するビームフォーマとを備えた超音波診断装置であって、
前記クロスポイントスイッチは、前記複数のスイッチによる前記複数の振動子の選択により設定される開口がその装置で実現可能な最大開口の２分の１より大きい場合には、前記複数の振動子のうち隣り合う２つの振動子からの受信信号を加算して、また前記複数のスイッチによる前記複数の振動子の選択により設定される開口がその装置で実現可能な最大開口の２分の１より小さい場合には、開口が大きい場合に比べて半分のピッチで並んだ振動子からの受信信号をそのまま前記Ａ／Ｄ変換器に供給することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
複数の振動子が配列された配列振動子と、前記配列振動子のうち使用する複数の振動子を選択する複数のスイッチと、前記複数のスイッチで選択された複数の振動子からの受信信号のうち同一の遅延時間が与えられ遅延加算処理が適用される信号を加算するクロスポイントスイッチと、前記クロスポイントスイッチを制御し、加算すべき入力信号と、加算された信号の出力先をコントロールする制御手段と、前記クロスポイントスイッチにより加算された信号をディジタル信号に変換する複数のＡ／Ｄ変換器と、前記複数のＡ／Ｄ変換器からのディジタル信号を遅延加算するビームフォーマとを備えた超音波診断装置であって、
開口の中心付近の受信信号が入力されるＡ／Ｄ変換器は、開口の端部の受信信号が入力されるＡ／Ｄ変換器より高い分解能を有することを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配列振動子により超音波の送受信を行ない被検体の情報を得るための超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
配列振動子を用いて被検体に超音波の送受信を繰り返し行うことで、被検体の２次元情報を得る超音波診断装置の原理はすでに公知のものとなっている。
【０００３】
ここでは、従来の超音波診断装置における受信部について、図６および図７を参照して説明する。図６は、従来の超音波診断装置における受信部の構成例を示すブロック図で、図７は、図６のクロスポイントスイッチ（ＣＰＳ）３内の接続関係の一例を示す模式図である。
【０００４】
図６に示すように、複数の振動子１ａ〜１ｐで構成される探触子７により被検体からの信号が受信される。このとき、開口位置の選択は、複数のスイッチとしてのマルチプレクサ（ＭＵＸ）２ａ〜２ｈにより行なわれる。ＭＵＸ２ａ〜２ｈがすべてａ側入力を選択したときには開口中心は１ｄと１ｅの中間になり、ＭＵＸ２ａ〜２ｈがすべてｂ側入力を選択したときには開口中心は１ｌと１ｍの中間となる。ＭＵＸ２ａ〜２ｈを順番にａ側入力からｂ側入力に切り替えていくことで振動子１つ分ずつ開口が移動する。
【０００５】
ここで、ＭＵＸ２ａ〜２ｈによりすべてａ側入力が選択されているとする。このとき、クロスポイントスイッチ（ＣＰＳ）３の接続は、図７のようになる。受信ビームの方向が振動子の配列方向に対し垂直である場合、ａとｈ、ｂとｇ、ｃとｆ、ｄとｅのそれぞれの信号には同じ遅延が必要であり、これらの組み合わせは加算してから遅延することが可能である。なお、ＣＰＳ３は、制御部８０により、加算すべき入力信号と、加算された信号の出力先が制御される。
【０００６】
ＣＰＳ３で選択、加算された信号Ａ〜Ｄは、Ａ／Ｄ変換器４ａ〜４ｄに入力され、ディジタル信号に変換される。ディジタル信号はビームフォーマ（ＢＦ）５により遅延加算され、１つにまとめられる。
【特許文献１】特開平７−１７１１５２号公報
【特許文献２】特開平７−２４１２８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来例において、Ａ／Ｄ変換を行なう場合、量子化誤差が発生する。すなわち、複数のＡ／Ｄ変換器を用いるため、同一反射点からの信号（同一の信号とみなす）を異なるスレッシホールドレベルで、あるいは異なるサンプリングタイミングで変換するため、見かけの量子化精度はＡ／Ｄ変換器を単体で使用する場合に比べ向上するが、フォーカス深度と開口径の比率をほぼ同一にすることにより均一な画像が得られるため、装置の持つ最大開口が必要な深さに比べ、フォーカス深度が浅い場合には開口が小さくなり、使用するＡ／Ｄ変換器の数が少なくなるために、見かけの量子化精度が劣化するという問題が生じていた。
【０００８】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、開口が小さい場合にも見かけ上の量子化精度を向上させることで、ダイナミックレンジの広い、画質の良好な画像を得ることができる超音波診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するため、本発明は、装置が持つ最大開口に比較して、開口が小さい場合に使用するＡ／Ｄ変換器の数を増やすことで見かけの精度を向上させるものであり、具体的には、以下の態様を有する。
【００１０】
本発明に係る超音波診断装置は、開口が小さい場合に、クロスポイントスイッチにより同じ遅延時間を有する信号が加算され１つになった出力信号が複数のＡ／Ｄ変換器によりディジタル信号に変換される。これにより、見かけ上の量子化精度を向上させることができる。
【００１１】
本発明に係る超音波診断装置は、開口が小さい場合に、クロスポイントスイッチにより同じ遅延時間を有する信号は加算されることなく、そのままそれぞれ異なるＡ／Ｄ変換器によりディジタル信号に変換される。これにより、開口が小さい場合にも、見かけ上の量子化精度を向上させることができる。
【００１２】
本発明に係る超音波診断装置は、複数の振動子のチャンネルピッチに対応して入力端子数が出力端子数の２倍より多いクロスポイントスイッチにより、開口が大きい場合には、複数の振動子のうち隣り合う２つの振動子からの受信信号が加算されて、また開口が小さい場合には、開口が大きい場合に比べて半分のピッチで並んだ振動子からの受信信号が加算されることなくそのままＡ／Ｄ変換器に供給される。これにより、開口が小さい場合にも、見かけ上の量子化精度を向上させることでできる。
【００１３】
本発明に係る超音波診断装置は、開口中心部に対応するＡ／Ｄ変換器の量子化分解能を開口端部に対応するＡ／Ｄ変換器の量子化分解能より高くする。これにより、開口が小さい場合にも、見かけ上の量子化精度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明によれば、開口が小さい場合に、単一の信号を複数のＡ／Ｄ変換器でディジタル信号に変換することで、見かけ上の量子化精度を向上させることができ、ダイナミックレンジの広い、画質の良好な画像を得ることができる超音波診断装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る超音波診断装置におけるクロスポイントスイッチ（ＣＰＳ）３内の接続関係の一例を示す模式図である。なお、本実施の形態における受信部の全体構成は、従来例の説明で参照した図６と同様であるが、制御部８による制御方法が異なりＣＰＳ３内部の接続方法が異なっている。
【００１７】
図６において、例えば開口の中心を振動子１ｄと１ｅの間に位置させ、振動子１ｃ〜１ｆまでの４つを用いてエコー信号を受信する場合について説明する。このとき、従来の接続方法によれば、図７に示すように同じ遅延時間を有する振動子１ｃと１ｆからの受信信号がＣＰＳ３により加算され、単一のＡ／Ｄ変換器（例えば４ａ）に入力され、また同じ遅延時間を有する振動子１ｄと１ｅからの受信信号がＣＰＳ３により加算され、単一のＡ／Ｄ変換器（例えば４ｂ）に入力され、それぞれＡ／Ｄ変換器４ａ、４ｂによりディジタル信号に変換された信号がビームフォーマ５により遅延加算される。
【００１８】
これに対して、本実施の形態では、反射体からの距離が等しく同じ遅延時間を有する振動子１ｃと１ｆからの受信信号がＣＰＳ３により加算され、少なくとも２つのＡ／Ｄ変換器（例えば４ｂと４ｄ）に入力され、また同様に反射体からの距離が等しく同じ遅延時間を有する振動子１ｄと１ｅからの受信信号がＣＰＳ３により加算され、少なくとも２つのＡ／Ｄ変換器（例えば４ａと４ｃ）に入力される。このように、ＣＰＳ３からの同一の出力信号を複数のＡ／Ｄ変換器を用いてディジタル信号に変換することで、見かけ上の量子化誤差を減らし、分解能を向上させる。
【００１９】
以上のように、本実施の形態によれば、その装置で実現可能な最大開口に比較して、例えば振動子が数個のように開口が小さい場合にも、より広いダイナミックレンジが確保でき、例えば強エコーと微弱な血流信号から血流を抽出し表示するドプラ血流計などにおいて、良好な画像を得ることができる。
【００２０】
（第２の実施の形態）
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る超音波診断装置におけるＣＰＳ３内の接続関係の一例を示す模式図である。なお、本実施の形態における受信部の全体構成は、従来例の説明で参照した図６と同様であるが、制御部８による制御方法が異なりＣＰＳ３内部の接続方法が異なっている。
【００２１】
図６において、例えば開口の中心を振動子１ｄと１ｅの間に位置させ、振動子１ｃ〜１ｆまでの４つを用いてエコー信号を受信する場合について説明する。このとき、従来の接続方法によれば、同じ遅延時間を有する振動子１ｃと１ｆからの受信信号がＣＰＳ３により加算され、単一のＡ／Ｄ変換器（例えば４ａ）に入力され、また同じ遅延時間を有する振動子１ｄと１ｅからの受信信号がＣＰＳ３により加算され、単一のＡ／Ｄ変換器（例えば４ｂ）に入力され、それぞれＡ／Ｄ変換器４ａ、４ｂによりディジタル信号に変換された信号がビームフォーマ５により遅延加算される。
【００２２】
これに対して、本実施の形態では、反射体からの距離が等しく同じ遅延時間を有する振動子１ｃと１ｆからの受信信号がＣＰＳ３の内部では加算されず、それぞれ独立した２系統の信号として別々のＡ／Ｄ変換器（例えば４ａと４ｄ）に入力され、また同じ遅延時間を有する振動子１ｄと１ｅからの受信信号も加算されず、それぞれ独立した２系統の信号として別々のＡ／Ｄ変換器（例えば４ｂと４ｃ）に入力される。このように、使用するＡ／Ｄ変換器を増やすことで、見かけ上の量子化誤差を減らし、分解能を向上させる。
【００２３】
以上のように、本実施の形態によれば、開口が小さい場合にも、より広いダイナミックレンジが確保でき、例えば強エコーと微弱な血流信号から血流を抽出し表示するドプラ血流計などにおいて、良好な画像を得ることができる。
【００２４】
（第３の実施の形態）
図３は、本発明の第３の実施の形態に係る超音波診断装置における受信部の全体構成を示すブロック図である。図３において、本実施の形態は、従来例、第１の実施の形態および第２の実施の形態の説明で参照した図６とは、複数の振動子１ａａ〜１ｐｂを有する配列振動子のチャンネルピッチを半分にし、これに合わせて、図６のＭＵＸ２ａ〜２ｈの２倍の個数のＭＵＸ２ａａ〜２ｈｂと、図６のＣＰＳ３の入力端子数の２倍の入力端子数を有するＣＰＳ３０とが設けられている点が異なる。
【００２５】
図４Ａは、通常のモード（開口がその装置で実現できる最大開口（ＣＰＳ３０への入力数）に比べて半分以上の場合）におけるＣＰＳ３０内の接続関係を示す模式図である。このモードでは、隣り合う２つの振動子からの受信信号がＣＰＳ３０内で加算される。つまり、配列振動子は通常のチャンネルピッチで使用される。
【００２６】
これに対して、図４Ｂは、開口が小さい場合におけるＣＰＳ３０内の接続関係を示す模式図である。このモードでは、図４Ａのように隣り合った振動子の信号加算されることがないため、通常の半分のピッチで並んだ振動子からの受信信号が独立して処理される。この結果、ディジタル変換に用いられるＡ／Ｄ変換器の数は２倍になり、加算出力のビット数が１ビット増えるため、見かけ上の量子化誤差を減らし、分解能を向上させることができる。
【００２７】
以上のように、本実施の形態によれば、開口が小さい場合にも、より広いダイナミックレンジが確保でき、例えば強エコーと微弱な血流信号から血流を抽出し表示するドプラ血流計などにおいて、良好な画像を得ることができる。
【００２８】
（第４の実施の形態）
図５は、本発明の第４の実施の形態に係る超音波診断装置における受信部の全体構成を示すブロック図である。図５において、本実施の形態は、従来例、第１の実施の形態１および第２の実施の形態の説明で参照した図６とは、出力ビット数が異なるＡ／Ｄ変換器を混在させている点が異なる。
【００２９】
図５において、Ａ／Ｄ変換器４ａ、４ｄは１０ビットの分解能、Ａ／Ｄ変換器６ｂ、６ｃは１２ビットの分解能を持っており、ＣＰＳ３の設定により、開口の中心に対応する信号Ｂ、Ｃは１２ビットのＡ／Ｄ変換器６ｂ、６ｃに供給され、開口端部に対応する信号Ａ、Ｄは１０ビットのＡ／Ｄ変換器４ａ、４ｄに供給される。
【００３０】
この結果、開口が小さい場合に１２ビットのＡ／Ｄ変換器６ｂ、６ｃが使用されることで、少ないチャンネル数に起因した量子化分解能の低下を防ぐことができ、かつ、１０ビットのＡ／Ｄ変換器と混在させて使うことで、コストの増大を少なくすることができる。つまり、この方法では、特に分解能が不足する開口が小さい場合において、小さい開口で使用する振動子から得た信号を、１０ビットのＡ／Ｄ変換器に比較して分解能の高い（ダイナミックレンジの広い）１２ビットのＡ／Ｄ変換器でディジタル信号に変換することで、全て１２ビットのＡ／Ｄ変換器を使う場合に比べて安価に、全て１２ビットのＡ／Ｄ変換器を使う場合に近い性能を提供できる。
【００３１】
以上のように、本実施の形態によれば、開口が小さい場合にも、より広いダイナミックレンジが確保でき、例えば強エコーと微弱な血流信号から血流を抽出し表示するドプラ血流計などにおいて、良好な画像を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明に係る超音波診断装置は、開口が小さい場合に、単一の信号を複数のＡ／Ｄ変換器でディジタル信号に変換することで、見かけ上の量子化精度を向上させることができ、ダイナミックレンジの広い、画質の良好な画像を得ることができるという利点を有し、医療等の用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る超音波診断装置におけるＣＰＳ３内の接続関係の一例を示す模式図
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る超音波診断装置におけるＣＰＳ３内の接続関係の一例を示す模式図
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る超音波診断装置における受信部の全体構成を示すブロック図
【図４Ａ】開口が大きい場合における図３のＣＰＳ３０内の接続関係を示す模式図
【図４Ｂ】開口が小さい場合における図３のＣＰＳ３０内の接続関係を示す模式図
【図５】本発明の第４の実施の形態に係る超音波診断装置における受信部の全体構成を示すブロック図
【図６】従来の超音波診断装置における受信部の全体構成を示すブロック図
【図７】図６の従来のＣＰＳ３内の接続関係の一例を示す模式図
【符号の説明】
【００３４】
１ａ〜１ｐ、１ａａ〜１ｐｂ  振動子
２ａ〜２ｈ、２ａａ〜２ｈｂ  マルチプレクサ（ＭＵＸ）
３、３０  クロスポイントスイッチ（ＣＰＳ）
４ａ〜４ｄ、６ｂ、６ｃ  Ａ／Ｄ変換器
５  ビームフォーマ（ＢＦ）
７  探触子
８、８０  制御部
【図１】
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【図２】
2005058532.tif 000004
【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
2005058532.tif 000008
【図６】
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【図７】
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