(57)【要約】      （修正有）【課題】ビームフォーマから出力されるデジタル信号の計算量を比較的一定に調整するための超音波診断装置及びデジタル信号の出力方法を提供する。【解決手段】超音波診断システムに関し、対象体から反射される超音波信号を所定の帯域幅を有するアナログ信号に変換して提供するプローブと、前記プローブから入力される前記変換素子のアナログ信号を変換して、多数のデジタル信号を形成するアナログ‐デジタルコンバータと、前記アナログ信号の中心周波数の整数倍のレートで前記デジタル信号のうちの一部を抽出して受信ビームを形成するビームフォーマとを備える超音波診断システムを提供する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象体から反射される超音波信号を、所定の帯域幅を有するアナログ信号に変換して提供するプローブと、
前記プローブから入力される前記変換素子のアナログ信号を変換して、多数のデジタル信号を形成するアナログ‐デジタルコンバータと、
前記アナログ信号の中心周波数の整数倍のレートで前記デジタル信号のうちの一部を抽出して受信ビームを形成するビームフォーマと
を備える超音波診断装置。
【請求項２】
前記ビームフォーマは、
前記デジタル信号の一部を抽出して出力されるデジタル信号の量を調整するための抽出部を備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記抽出部は、
前記アナログ‐デジタルコンバータから入力されるデジタル信号を格納するためのシフトレジスタと、
前記中心周波数の整数倍のレートで前記シフトレジスタに格納されているデジタル信号の一部を抽出して格納するためのプロセッシングレジスタと
を備えることを特徴とする請求項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、抽出部から出力されるデジタル信号を補間するための補間部をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記補間部は、
補間フィルタ係数のルック‐アップテーブルを提供するための係数ＲＡＭと、
前記プロセッシングレジスタから出力される前記デジタル信号に前記補間フィルタ係数を反映させてデジタル信号を補間するための乗算器と、
前記補間されたデータを集束するための加算器と
をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記プローブは多数の変換素子を備え、
前記ビームフォーマは前記各変換素子の位置を反映させて各変換素子に対応するデータを遅延させるための遅延器を備えることを特徴とする請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記遅延器は、デュアルポートＲＡＭからなることを特徴とする請求項６に記載の超音波診断装置。
【請求項８】
超音波診断装置において、
ａ)対象体から反射される超音波信号を所定の帯域幅を有するアナログ信号に変換し、
ｂ)前記アナログ信号を変換して多数のデジタル信号を得、
ｃ)前記アナログ信号の中心周波数の整数倍のレートで前記デジタル信号の一部を抽出するデジタル信号の出力を調節する方法。
【請求項９】
前記ｃ）段階は、
ｃ１)前記デジタル信号を格納する段階と、
ｃ２)前記レートで前記デジタル信号の一部を抽出する段階と
を備えることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ｃ)段階は、
ｃ３)前記抽出されたデジタル信号を補間する段階をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ｃ３)段階は、
ｃ３１)補間フィルタ係数のルックアップテーブルを提供する段階と、
ｃ３２)前記抽出されたデジタル信号に前記補間フィルタ係数を乗じて補間する段階と、
ｃ３３)前記補間されたデジタル信号を合せる段階と
を備えることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断システムに関し、特に、ビームフォーマから出力されるデジタル信号の量を調節するための超音波診断システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断システムは、検査しようとする対象体に超音波信号を送信し、対象体から反射される超音波信号を受信して、受信された超音波反射信号を電気的映像信号に変換して対象体の内部映像を提供するシステムであって、医療診断、非破壊検査及び水中探索などに広く用いられている。超音波信号は、プローブを通じて送受信される。このために、プローブは電気信号を超音波信号に変換し、対象体から反射される超音波信号を電気信号に変換するための変換素子を備える。多様な形態で配列されている多数の変換素子を備えるプローブを用いる場合、解像度を向上させることができる。
【０００３】
多数の変換素子で構成されている配列型変換器を備えるプローブの例を示す図１を参照すれば、プローブの各変換素子Ｔ１−ＴＮから送信される超音波信号は、解像度のよい超音波映像を得るために、深さｄに位置する集束点に同一の時刻に集束されなければならない。各変換素子１０から集束点に至る距離は、中心変換素子Ｔｃで最も短く、縁部変換素子ＴＮで最も長い。そのため、従来の超音波診断装置は、集束点から各変換素子１０に至る距離の差を反映させた電気的送信信号を形成するためのビームフォーマを備える。ビームフォーマは各変換素子と集束点の距離差が反映された遅延プロファイルに基づいて多数の電気的送信信号、即ち送信ビームを形成する。送信ビームは、プローブの各変換素子１０に伝達された後、超音波信号に変換されて集束点に送信される。
【０００４】
集束点から反射される超音波信号が各変換素子１０に到達する時間も互いに異なる。即ち、中央の変換素子Ｔｃへ向かう超音波反射信号は距離ｒを通過してきた信号であるのに対し、中央の変換素子Ｔｃから距離ｘだけ離れた変換素子Ｔｘに到達する超音波反射信号は、距離ｒ+Δrを通過してきた信号である。従って、集束点で同一の時刻に反射されて変換素子Ｔｘに到達する超音波信号は、変換素子Ｔｃに到達する超音波信号よりも距離差Δｒに対応する時間だけ遅れる。ビームフォーマは、各変換素子に到達して電気信号に変換された受信信号の遅延時間を中心変換素子Ｔｃの位置を基準として補償する。
【０００５】
近年、プローブは広帯域の超音波信号を送信して超音波映像の画質を改善している。プローブから生成されて媒質の中を伝播する超音波信号は吸収、散乱、反射などによって強度が減衰する。特に、超音波信号の中心周波数が高いほど、反射超音波信号の減衰がさらに大きくなる。従来の超音波診断装置のＡＤＣ（ａｎａｌｏｇ−ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）は、図２に示すように、入力される信号の中心周波数に関係なく、一定の間隔でアナログ信号をサンプリングしてデジタル信号に変換する。従って、ナイキスト定理(Ｎｙｑｕｉｓｔ ｔｈｅｏｒｅｍ)によって、エイリアシングの発生を防止できるサンプリングレートで信号をサンプリングする場合、プローブから出力されるアナログ信号の中心周波数が相対的に低い場合はデジタル信号の量が比較的に多く、中心周波数が相対的に高い場合にはデジタル信号の量が比較的に少ない(図３参照)。これにより、プローブが変わる度にデジタル信号を受信して処理するプロセッサのデータ処理能力が、プローブから出力されるアナログ信号の中心周波数に応じて変わらなければならないので、システム設計上の制約になるという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、前記問題を解決するためになされたものであって、その目的は、ビームフォーマから出力されるデジタル信号の計算量を比較的一定に調整するための超音波診断装置及びデジタル信号の出力方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明の超音波診断システムは、対象体から反射される超音波信号を、所定の帯域幅を有するアナログ信号に変換して提供するプローブと、前記プローブから入力される前記変換素子のアナログ信号を変換して、多数のデジタル信号を形成するアナログ‐デジタルコンバータと、前記アナログ信号の中心周波数の整数倍のレートで前記デジタル信号のうちの一部を抽出して受信ビームを形成するビームフォーマとを備える。
【０００８】
本発明に係る超音波診断装置において、デジタル信号の出力を調節する方法は、ａ)対象体から反射される超音波信号を所定の帯域幅を有するアナログ信号に変換する段階と、ｂ)前記アナログ信号を変換して多数のデジタル信号を得る段階と、ｃ)前記アナログ信号の中心周波数の整数倍のレートで前記デジタル信号の一部を抽出する段階とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ビームフォーマから比較的一定の計算量のためのデジタル信号データを出力することによって、ＤＳＰまたはＰＣのような映像処理部の処理能力が超音波診断装置の設計に大きな制約として作用しないという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、プローブから出力されるアナログ信号の中心周波数の整数倍に該当するレートでデジタル信号の一部を抽出し、映像処理のためのデジタル信号の計算量を一定にすることにその特徴がある。
以下、添付する図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１１】
図４に示すように、本発明の実施形態に係る超音波診断装置１００は、プローブ１１０、ＡＤＣ（ａｎａｌｏｇ−ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１２０、ビームフォーマ１３０、格納部１４０、ＤＳＰ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）１５０、ＤＳＣ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｃａｎ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１６０及びディスプレイ部１７０とを備える。
【００１２】
プローブ１１０は、電気信号を超音波信号に変換して対象体(焦点)に送信し、対象体から反射される超音波信号を受信して電気的信号(アナログ信号)に変換するための少なくとも一つの変換素子を備える。プローブ１１０から出力されるアナログ信号は広帯域幅を有し、アナログ信号の中心周波数は変換素子の特性及び対象体組織の特性と関連性を有する。
【００１３】
ＡＤＣ１２０は、プローブ１１０から出力されるアナログ信号を一定のサンプリングレート、例えば６０MHZでサンプリングしてデジタル信号に変換する。ＡＤＣ１２０ではアナログ信号の中心周波数と関係なく、一定のレートでサンプリングが進められるため、アナログ信号の中心周波数が低い場合は、相対的に多くのデジタル信号が得られ、中心周波数が高い場合には、相対的に少ないデジタル信号が得られる。プローブ１１０が多数の変換素子を備える場合、変換素子数分のＡＤＣ１２０が備えられて各変換素子にＡＤＣ１２０が一つずつ対応する。
【００１４】
ビームフォーマ１３０は、中心周波数の整数倍のレートでデジタル信号のうちの一部を抽出して受信ビームを形成する。即ち、ビームフォーマ１３０は、ＡＤＣ１２０から出力されるデジタル信号を一定数のデジタル信号に変換する。格納部１４０はビームフォーマで形成されるデータを格納する。ＤＳＰ１５０はビームフォーマ１３０から出力されるデジタル信号または格納部１４０に格納されているデジタル信号を処理して、Ｂ、ＣまたはＤモード映像などを表現するための映像データを形成する。ＤＳＣ１６０はＤＳＰ１５０から入力される映像データをディスプレイするためにスキャン変換し、ディスプレイ部１６０は映像フレームデータの入力を受けて超音波映像をディスプレイする。ビームフォーマ１３０はＡＤＣ１２０で一定のサンプリングレートでサンプリングされて得られたデジタル信号を遅延させ、プローブから出力されるアナログ信号の中心周波数の整数倍に該当するレートで一部のデジタル信号を抽出してデジタル信号の量を調整する。さらに、抽出されたデジタル信号を補間する。このために、図５に示すように、本発明に係るビームフォーマ１３０は、粗い遅延部１３１及びＡＤＣ１２０から出力されるデジタル信号の量を一定に調整するための抽出部１３２、補間部１３３、そして制御部１３４を備える。制御部１３４は、粗い遅延部１３１、抽出部１３２及び補間部１３３を制御する。さらに、図５には示していないが、ビームフォーマ１３０は一般の超音波診断装置に備えられるビームフォーマの基本的な機能を実現するために、送信ビーム形成部及び受信ビーム形成部などを備える。また、ビームフォーマは減衰を補償する利得調節部などをさらに備える。
【００１５】
好ましくは、粗い遅延部１３１はデュアルポートＲＡＭで実現される。図６に示すように、デュアルポートＲＡＭは多数の格納領域Ｒ１〜Ｒ４を有する。デュアルポートＲＡＭの各格納領域は、書き込みポインタと読み出しポインタにより指定される。図６には示していないが、デュアルポートＲＡＭはデータ書き込みピンと読み出しピンを備え、書き込みピンを通じて入力されるデータを書き込みポインタが指定する格納領域に格納し、読み出しポインタが指定する領域に格納されているデータを読み出しピンを通じて読み出す。各変換素子に対応するＡＤＣ１２０からデジタル信号は変換素子別に区分されて格納領域Ｒ１〜Ｒ４に格納される。各格納領域は細部領域Ｒ１１．．．Ｒ４Ｎに分離されて同一の変換素子に対応するデジタル信号がストリームに区分されて格納される。各変換素子のデジタル信号ストリームがデュアルポートＲＡＭに書き込まれる前、２ポインタは初期化されてデュアルポートＲＡＭの同一の細部領域、例えばＲ１１をさす。ＡＤＣ１２０から入力される各変換素子のデジタル信号ストリームは、書き込みポインタが指定する格納領域に格納され、各格納領域は該当格納領域にデジタル信号ストリームが格納されている時刻から、または書き込みポインタにより該当格納領域が指定される時刻から予め定められた時間が経過した後に読み出しポインタにより指定される。予め定められた時間は、変換素子と対象体内の焦点距離などを反映させて形成される遅延プロファイルに従う。前述したように、ＡＤＣ１２０において一定のサンプリングレートでサンプリングされた各変換素子に対応するデジタル信号ストリームは粗い遅延部１３１で遅延される。
【００１６】
図７に示すように、抽出部１３２は、シフトレジスタ１３２ａ、プロセッシングレジスタ１３２ｂを備える。シフトレジスタ１３２ａとプロセッシングレジスタ１３２ｂは、それぞれ変換素子の数だけ備えられる。抽出部１３２は予め設定されたアナログ信号の中心周波数を基準としてデジタル信号の量を調整する。本発明の他の実施形態に係る超音波診断装置１００は、プローブ１１０から出力されるアナログ信号を分析して中心周波数情報を抽出部１３２または制御部１３４に提供する中心周波数情報提供部をさらに備える。
【００１７】
制御部１３４の制御によって読み出しポインタにより指定される格納領域のデジタル信号ストリームは、シフトレジスタ１３２ａに移される。好ましくは、各変換素子に該当するデジタル信号ストリームは該当変換素子に対応するシフトレジスタ１３２ａに移される。制御部１３４の制御によってプローブから受信されるアナログ信号の中心周波数のｎ倍のレートで各シフトレジスタ１３２ａに格納されているデジタル信号ストリームから一部のデジタル信号を抽出する。ここで、ｎは正の整数である。即ち、プローブから出力されるアナログ信号の中心周波数のｎ倍に該当するレートでシフトレジスタ１３２ａに格納されているデジタル信号ストリームからデジタル信号を抽出してプロセッシングレジスタ１３２ｂに移す。好ましくは、下記の数式１のように定義される抽出レートＤＲで各シフトレジスタ１３２に格納されているデジタル信号ストリームから一部のデジタル信号を抽出する。
【００１８】
【数１】
2007313320.tif 000003
【００１９】
式１において、ｆｃはプローブから出力されるアナログ信号の中心周波数である。ｎは正の整数である。即ち、エイリアシングの減少を目的にナイキスト定理によって最大周波数の少なくとも２倍となるレートで信号を抽出するために、正の整数ｎは４になることが好ましいが、これに限定されるのではない。
【００２０】
シフトレジスタ１３２ａに格納されているデジタル信号ストリームからアナログ信号の中心周波数のｎ倍のレートでデジタル信号を抽出することで、ＡＤＣ１２０から相対的に少数のデジタル信号が出力される場合、相対的に高いレートでデジタル信号を抽出し、多数のデジタル信号が出力される場合、相対的に低いレートでデジタル信号を抽出する。言い換えれば、１フレーム当りのスキャンラインの数とフレームレートとが同一である場合、図８に示すように、アナログ信号の中心周波数が高い場合(高周波信号の場合)は比較的に高いレートでデジタル信号を抽出し、アナログ信号の中心周波数が低い場合(低周波信号の場合)には比較的に低いレートでデジタル信号を抽出する。従って、プローブから出力されるアナログ信号の中心周波数に影響を受けることなく、ほぼ一定量のデジタル信号をビームフォーマから出力できる(図９参照)。一方、説明の便宜のために、図８には高周波信号と低周波信号の波形がアナログ信号の波形で示されたが、デジタル信号形態の高周波信号または低周波信号からデジタル信号が抽出される。
【００２１】
補間部１３３は、プロセッシングレジスタ１３２ｂから出力されるデジタル信号を補間する。このために、補間部１３３は、係数ＲＡＭ１３３ａ、乗算器１３３ｂ、加算器１３３ｃ及びレジスタ１３３ｄを備える。係数ＲＡＭ１３３ａは補間フィルタ係数のルック‐アップテーブルを提供する。補間は乗算器１３３ｂがプロセッシングレジスタ１３２ｂから入力されるデジタル信号に係数ＲＡＭ１３３ａに格納されている補間フィルタ係数を乗じ、乗算器１３３ｂの出力信号を加算器１３３ｃで加える過程を含む。加算器１３３ｃの出力信号である受信ビームはレジスタ１３３ｄに格納される。
【００２２】
図１０に示すように、本発明の他の実施形態に係る超音波診断装置２００は、図４に示したＤＳＰ１５０とＤＳＣ１６０に代わってＰＣ（ｐｅｒｓｏｎａｌ ｃｏｍｐｕｔｅｒ)２１０を備える。即ち、ＤＳＰとＤＳＣ機能をＰＣ２１０を通じてソフトウェアで実現する。本発明のビームフォーマはプローブから出力されるアナログ信号の中心周波数のサイズに関係なく、ほぼ一定量のデジタル信号を出力することによって、定められた信号処理能力を有するＰＣ２１０でＤＳＰとＤＳＣの機能を実現できる。
【００２３】
本発明の好適な実施の形態について説明し、例示したが、本発明の特許請求の範囲の思想及び範疇を逸脱することなく、当業者は種々の改変をなし得ることが分かるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来の配列型変換素子を用いた超音波信号の送受信集束方法を説明するための概略図である。
【図２】従来の高周波信号と低周波信号のサンプリングを説明するための例示図である。
【図３】従来の超音波診断装置から出力されるデジタル信号の計算量と中心周波数との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施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５】本発明の実施形態に係るビームフォーマの細部構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施形態のデュアルポートＲＡＭを用いたデータ遅延を説明するための概略図である。
【図７】本発明の実施形態に係るデジタル信号の量を調整するための抽出部の細部構成と補間部の細部構成を示すブロック図である。
【図８】本発明に係る高周波信号と低周波信号の抽出を説明するための例示図である。
【図９】本発明に係る超音波診断装置から出力されるデジタル信号の計算量と中心周波数との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の他の実施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。
【符号の説明】
【００２５】
１１０：プローブ
１２０：ＡＤＣ
１３０：ビームフォーマ
１４０：格納部
１５０：ＤＳＰ
１６０：ＤＳＣ
１７０：ディスプレイ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2007313320.tif 000008
【図６】
2007313320.tif 000009
【図７】
2007313320.tif 000010
【図８】
2007313320.tif 000011
【図９】
2007313320.tif 000012
【図１０】
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