(57)【要約】【課題】多重受信スキャンライン形成時に、抽出及び補間レートを一定にできる多重受信スキャンライン形成のための超音波診断装置及び方法を提供する。【解決手段】変換子から出力されるアナログ受信信号の中心周波数の整数倍のレートでデジタルデータを抽出及び補間し、多重受信スキャンラインを形成する超音波診断装置及び方法が開示される。本発明によれば、１本のワン受信スキャンラインから多重受信スキャンラインを形成するために、１本のワン受信スキャンライン上で反射された超音波信号をアナログ信号−前記アナログ信号は、中心周波数を有する−に変換し、前記アナログ信号をデジタルデータに変換し、前記デジタルデータを概略遅延し、前記遅れたデータを格納し、前記格納されたデータを中心周波数の整数倍のレートで抽出して補間し、多重受信スキャンラインのデータを形成する。【選択図】図６
2007313319.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１本のワン受信スキャンラインから多重受信スキャンラインを形成するための超音波診断装置であって、
１本のワン受信スキャンライン上で反射された超音波信号をアナログ信号−該アナログ信号は、中心周波数を有する−に変換して提供するための多数の変換子（ＴＲＡＮＳＤＵＣＥＲ）と、
前記各変換子から入力される前記アナログ信号をデジタルデータに変換するためのアナログ−デジタルコンバータと、
前記デジタルデータを概略遅延し、前記概略遅延されたデータを格納し、前記格納されたデータを中心周波数の整数倍のレートで抽出して補間し、多重受信スキャンラインのデータを形成する受信ビームフォーマと
を備える超音波診断装置。
【請求項２】
前記受信ビームフォーマは、
前記デジタルデータを概略遅延させるための概略遅延部と、
前記概略遅延されたデータを格納するための遅延データ格納部と、
前記遅延データ格納部から抽出されたデータを格納するための抽出データ格納部と、
前記抽出データから選択された一部データを微細遅延及び補間するための微細遅延補間部と、
前記概略遅延部、前記遅延データ格納部、前記抽出データ格納部及び前記補間部を制御し、前記多数の変換子出力されるアナログ信号の中心周波数の整数倍のレートで前記遅延データ格納部から前記遅延データを抽出し、前記中心周波数の整数倍のレートで前記多重受信スキャンラインの数だけ繰り返して前記抽出データ格納部で前記データを選択するための制御部と
を備える請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記概略遅延部、前記遅延データ格納部及び前記抽出データ格納部は、それぞれ前記１本のワン受信スキャンラインの形成に寄与する変換子の数だけ備えられ、変換子と一対一で対応する請求項２記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記制御部は、次の式のように定義される抽出レート（ＤＲ）で前記概略遅延データを抽出し、
2007313319.tif 000006
次の式のように定義される選択レート（ＣＲ）で前記抽出データ格納部でデータを選択し、
2007313319.tif 000007
前記ｋは、前記多重受信スキャンラインの数であり、前記ｎは、正の整数であり、前記ｆｃは中心周波数である請求項２または請求項３に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記制御部は、所定の大きさを有するフィルタを前記多重受信スキャンラインの数だけ繰り返して移動し、前記抽出データ格納部でデータを選択する請求項２または請求項３に記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記補間部は、前記各変換子に対応する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、
前記各抽出データ格納部の格納領域に格納された抽出データに補間フィルタ係数を乗算するための多数の乗算器と、
前記乗算器の出力信号を合算するための加算器と
を備える請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記多重受信スキャンラインデータを格納するための主格納部と、
前記多重受信スキャンラインデータのスキャン変換部と、
前記スキャン変換された多重受信スキャンラインデータを用いて超音波映像をディスプレイするディスプレイ部と
をさらに備える請求項６に記載の超音波診断装置。
【請求項８】
１本のワン受信スキャンラインから多重受信スキャンラインを形成するための多重受信スキャンラインデータの形成方法であって、
１本のワン受信スキャンライン上で反射された超音波信号をアナログ信号−該アナログ信号は、  中心周波数を有する−に変換する段階と、
前記アナログ信号をデジタルデータに変換する段階と、
前記デジタルデータを概略遅延する段階と、
前記概略遅延されたデータを格納する段階と、
前記格納されたデータを中心周波数の整数倍のレートで抽出して補間し、多数の多重受信スキャンラインのデータを形成する段階と
を備える多重受信スキャンラインデータの形成方法。
【請求項９】
前記多重受信スキャンラインのデータを形成する段階は、
前記遅延データ格納部から前記中心周波数の整数倍で概略遅延データを抽出する段階と、
前記抽出データを格納する段階と、
前記中心周波数の整数倍のレートで前記格納された抽出データの一部を選択する段階と、
前記選択されたデータを微細遅延及び補間する段階と
を備える請求項８に記載の多重受信スキャンラインデータの形成方法。
【請求項１０】
所定の大きさを有するフィルタを前記多重受信スキャンラインの数だけ繰り返して移動し、前記格納された抽出データの一部データを選択する請求項８または請求項９に記載の多重受信スキャンラインデータの形成方法。
【請求項１１】
次の式のように定義される抽出レート（ＤＲ）で前記概略遅延データを抽出し、
2007313319.tif 000008
次の式のように定義される選択レート（ＣＲ）で前記抽出データ格納部でデータを選択し、
2007313319.tif 000009
前記ｋは、前記多重受信スキャンラインの数であり、前記ｎは、正の整数であり、前記ｆｃは、中心周波数である請求項８または請求項９に記載の多重受信スキャンラインデータの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置及び方法に関し、特に多重受信スキャンライン形成のための超音波診断装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、検査したい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、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状態を示す装置であって、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、プローブを介して送受信される。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た超音波信号を電気信号に変換するための変換子（ＴＲＡＮＳＤＵＣＥＲ）を備える。
【０００３】
フレームレート（ｆｒａｍｅ ｒａｔｅ）が高いほど、また超音波の送信回数が多いほど画質に優れた超音波映像を得られる。しかし、フレームレートは、超音波信号の送信回数に反比例する。従って、超音波信号の送信回数を減らし、かつ映像の質が低下することを防止できる方法が必要である。フレームレートを高めるために、多数の変換子から１本の送信走査線に向かって超音波信号を集束し、反射される超音波信号を用いて複数本の受信走査線を同時に生成する多重受信スキャンライン形成方法が用いられている。即ち、１回の送信と受信で多重受信スキャンラインを形成できる。
【０００４】
従来の超音波診断装置は、一定の抽出レートでアナログ受信信号をサンプリングして得たデジタル受信信号から単一の受信スキャンラインを形成する。一度に多数の受信スキャンラインを形成するために時分割方法を用いる。この場合、すべての多重受信スキャンラインは、単一のスキャンラインに割り当てられた時間内に形成されなければならない。例えば、三重受信スキャンラインを形成する場合、1本のスキャンラインの形成に許容された時間は、単一の受信スキャンラインを形成する時間の１／３である。従って、処理すべきデータの量も許容された時間に比例して制限される。受信スキャンラインの数が単一（ｓｉｎｇｌｅ）、二重（ｄｕａｌ）、三重（ｔｒｉｐｌｅ）、四重（ｑｕａ−ｄｒａｐｌｅ）と増加すれば、抽出レートは、６０ＭＨｚ、３０ＭＨｚ、２０ ＭＨｚ、１５ＭＨｚに減少せざるを得ない。従って、二重、三重、四重の受信スキャンラインの抽出レートと比較すれば、単一の受信スキャンラインの抽出レートは不要に高く、サンプリングが多くなり、処理すべきデータの量が多い。併せて、多重受信スキャンラインの数に応じて出力レートが変わることを考慮してデータを処理しなければならない不都合がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述した問題を解決するための本発明は、多重受信スキャンライン形成時に、抽出及び補間レートを一定にできる多重受信スキャンライン形成のための超音波診断装置及び方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施例による超音波診断装置は、１本のワン受信スキャンラインから多重受信スキャンラインを形成するための超音波診断装置であって、１本のワン受信スキャンライン上で反射された超音波信号をアナログ信号−前記アナログ信号は、中心周波数を有する−に変換して提供するための多数の変換子と、前記各変換子から入力される前記アナログ信号をデジタルデータに変換するためのアナログ−デジタルコンバータと、前記デジタルデータを概略遅延し、前記概略遅延されたデータを格納し、前記格納されたデータを中心周波数の整数倍のレートで抽出して補間し、多重受信スキャンラインのデータを形成する受信ビームフォーマとを備える。
【０００７】
本発明の実施例による多重受信スキャンラインデータの形成方法は、１本のワン受信スキャンラインから多重受信スキャンラインを形成するための多重受信スキャンラインデータの形成方法であって、１本のワン受信スキャンライン上で反射された超音波信号をアナログ信号−前記アナログ信号は中心周波数を有する−に変換する段階と、前記アナログ信号をデジタルデータに変換する段階と、前記デジタルデータを概略遅延する段階と、前記概略遅延されたデータを格納する段階と、前記格納されたデータを中心周波数の整数倍のレートで抽出して補間し、多数の多重受信スキャンラインのデータを形成する段階とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
前述したようになされる本発明は、中心周波数の整数倍でデータを抽出し、多重スキャンラインを形成することにより、スキャンライン数の増加による抽出補間レートの低下を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、添付された図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図１に示すように、本発明の実施例による超音波診断装置１００は、プローブ１１０、送信ビームフォーマ１２０、ＡＤＣ（ａｎａｌｏｇ−ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１３０、受信ビームフォーマ１４０、格納部１５０、ＤＳＰ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）１６０、ＤＳＣ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｃａｎ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１７０及びディスプレイ部１８０を備える。
【００１０】
プローブ１１０は、図２に示すように、電気信号を超音波信号に変換し、送信スキャンラインＴＬｎ上の集束点に超音波信号を送信し、対象体から反射された超音波信号を受信して電気的受信信号（アナログ受信信号）に変換するための多数の変換子１１１を備える。超音波診断装置１００またはプローブ１１０の設計によって１本の送信スキャンライン上に超音波信号を送信する変換子数と１回の送信により反射される超音波信号を受信する変換子数、即ち、１本の受信スキャンライン形成のために必要な変換子（チャンネル）の数は多様に設定できる。プローブ１１０から出力されるアナログ受信信号は、変換子及び組織の特性と関連する中心周波数を有する。
【００１１】
送信ビームフォーマ１２０は、図２に示すように、多数の変換子１１１から送信され、１本の送信スキャンラインＴＬ２の焦点上に集束される送信ビームを形成する。ｋ倍の受信スキャンライン形成方法により、計ｍ本の受信スキャンラインを形成するときに必要な送信スキャンラインの総数は、ｍ／ｋである（ここでｍ、ｋはそれぞれ正の整数）。例えば、四重スキャンライン形成方法により２５６本の受信スキャンラインを形成するときに必要な送信スキャンラインの数は２５６/４である。
【００１２】
図３は、本発明の実施例により、１本の送信スキャンラインＴＬｎ上に超音波を送信し、１本のワン受信スキャンラインＲｎ（ｏｒｉｇｉｎａｌ ｒｅｃｅｉｖｅ ｓｃａｎ ｌｉｎｅ）から得られた受信信号を用いて、４本の受信スキャンライン４ｎ−１、４ｎ−２、４ｎ−３、４ｎ−４を形成する例を示している。本発明の実施例で、ワン受信スキャンラインは、送信スキャンラインＴＬｎと同一の位置に存在する。
【００１３】
ＡＤＣ１３０は、１本の受信スキャンライン形成のために必要な変換子の数だけ備えられ、各変換子には一つのＡＤＣ１３０が対応する。１回の送信により受信スキャンラインＲｎ上で反射される超音波信号を受信する多数変換子１１１に対応する各ＡＤＣ１３０は、各変換子１１１から出力されるアナログ受信信号を一定のレートでサンプリングして変換し、デジタルデータを出力する。サンプリングレートは、例えば６０ＭＨｚがあるが、これに限定されるものではない。
【００１４】
受信ビームフォーマ１４０は、ＡＤＣ１３０で出力されるデジタルデータを遅延し、遅延されたデジタルデータを中心周波数の整数倍のレートで抽出して補間し、多重受信スキャンラインデータを形成する。図４に示すように、本発明の実施例による受信ビームフォーマ１４０は、概略遅延部１４１、遅延データ格納部１４２、抽出データ格納部１４３、微細遅延及び補間部１４４及び制御部１４５を備える。制御部１４５は、概略遅延部１４１、遅延データ格納部１４２、抽出データ格納部１４３及び微細遅延及び補間部１４４を制御する。特に、制御部１４５は、中心周波数の整数倍のレートで遅延データ格納部１４２に格納されたデータを抽出し、中心周波数の整数倍のレートで抽出データ格納部１４３に格納されたデータのうち一部を選択する。制御部１４５は、１本のワン受信スキャンラインから形成したい受信スキャンラインの数だけ繰り返しデータを選択する。
【００１５】
受信ビームフォーマ１４０で形成された多重受信スキャンラインデータはレジスタなどで具現される格納部１５０に臨時格納される。
【００１６】
ＤＳＰ１６０は、受信ビームフォーマ１４０から出力される多重受信スキャンラインデータまたは格納部１５０に格納された多重受信スキャンラインデータを処理し、Ｂ、Ｃ又はＤモードなどを表現するための映像データを形成する。ＤＳＣ１7０は、ＤＳＰ１６０から入力された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１８０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。
【００１７】
以下、受信ビームフォーマ１４０の構成をより具体的に説明する。
【００１８】
概略遅延部１４１は、デュアルポートラム（ｄｕａｌ ｐｏｒｔ ＲＡＭ）で具現される。１本の受信スキャンライン形成のために必要な変換子１１１の数だけ、即ちＡＤＣ１３０の数だけ備えられる。ＡＤＣ１３０から出力される各デジタルデータは、デュアルポートラムの各格納領域に格納される。デュアルポートラムの各格納領域は、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。デュアルポートラムは、データ書き込みピンＷＰと読み出しピンＲＰを備え、書き込みピンを通じて入力された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たデータを読み出しピンを通じて読み出す。データが書き込まれる前に、両ポインタは初期化され、デュアルポートラムの同一の格納領域を示す。
【００１９】
図５に示すように、１回の送信で得られる反射信号が５つの変換子で受信されると仮定すれば、各変換子に対応する５つのＡＤＣ１３０から入力されるデジタルデータは、図５に示すように、デュアルポートラムＤＰＲ1〜ＤＰＲ５にそれぞれ格納される。受信スキャンラインＲｎ上の同一位置（以下、特定点という）で反射された信号は、各変換子と特定点との間の距離差により、各デュアルポートラムＤＰＲ１〜ＤＰＲ５に入力される時間に差がある。書き込みポインタは、制御部１４５の制御により格納領域を指定する。図５は、遅延プロファイル（Ｄ−ｐｒｏｆｉｌｅ）によって特定点から反射されて得られたデジタルデータを、書き込みポインタが指定した領域に格納した例を概略的に示す。他の方法として、各デュアルポートラムの格納領域は、該当格納領域にデータが格納された時刻から、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た時刻から、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。
【００２０】
遅延データ格納部１４２は、概略遅延部１４１で概略遅延されたデータ、例えば、制御部１４５の制御によりデュアルポートラムで概略遅延されて出力されるデジタルデータを格納する。遅延データ格納部１４２も１本の受信スキャンライン形成のために必要な変換子の数だけ備えられる。本発明の実施例により、各遅延データ格納部１４２は、多数の格納領域を有するシフトレジスタなどで具現される。遅延データ格納部１４２の各格納領域には、概略遅延部１４１から出力されるデータが順に更新及び格納される。
【００２１】
制御部１４５の制御によりプローブから受信されたアナログ信号の中心周波数のｎ倍（ここでｎは正の整数）のレートで遅延データ格納部１４２からデータが抽出され、抽出データ格納部１４３に格納される。本発明の実施例により、抽出データ格納部１４３は、多数の格納領域を有するプロセシングレジスタなどで具現される。抽出データ格納部１４３も１本の受信スキャンライン形成のために必要な変換子の数だけ備えられ、遅延データ格納部１４２と抽出データ格納部１４３が一対一で対応する。
【００２２】
超音波診断装置１００の設計に応じて、制御部１４５は、ユーザから中心周波数情報の入力を受ける。または超音波診断装置１００は、プローブ１１０から出力されるアナログ信号を分析し、中心周波数情報を制御部１４５に提供する中心周波数情報提供部をさらに備えるように設計できる。前述した抽出過程で、制御部１４５は、次の式１のように定義される抽出レートＤＲで遅延データ格納部１４２から遅延データを抽出する。
【００２３】
【数１】
2007313319.tif 000003
【００２４】
式１でｎは、正の整数であり、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。一例として、中心周波数ｆｃが５ＭＨｚであり、ｎは４であるとき、多重受信スキャンラインの数に関わらず、中心周波数の４倍の、即ち、４×５＝２０ＭＨｚのレートで遅延データ格納部１４２からデータを抽出する。他の例として、中心周波数ｆｃが２.５ ＭＨｚであるとき、多重受信スキャンラインの数に関わらず、中心周波数の４倍の、即ち、４×２.５＝１０ＭＨｚのレートで遅延データ格納部１４２からデータを抽出する。これにより、受信スキャンライン数の増加に関わらず、一定の整数倍で遅延データを抽出することができる。
【００２５】
また、制御部１４５は、抽出データ格納部１４０に格納されたデータ中の一部を中心周波数の整数倍のレートで選択する。制御部１４５は、１本のワン受信スキャンラインから形成したい受信スキャンラインの数だけデータを選択する。本発明の実施例により、ワン受信スキャンラインから４本の受信スキャンラインを形成するとき、図６に示すように、制御部１４５は、８ポイントの大きさのフィルタウィンドーを４回移動させながらデータを選択する。図６において図面符号「Ｆ１」、「Ｆ２」、「Ｆ３」、「Ｆ４」は、フィルタウィンドーの４回の移動を示し、図面符号「ＲＳｉ」は、ｉ番目のフィルタ移動により選択されたデータの出力を示し、図面符号「ＲＳ１」、「ＲＳ２」、「ＲＳ３」、「ＲＳ４」は、１、２、３、４番目のフィルタ移動により選択されたデータの出力を示す。
【００２６】
前述した選択過程で制御部１４５は、次の式２のように定義される選択レートＣＲで抽出データ格納部１４３からデータを選択する。
【００２７】
【数２】
2007313319.tif 000004
【００２８】
2007313319.tif 000005
【００２９】
微細遅延及び補間部１４４は、各抽出データ格納部１４３で制御部１４５が中心周波数の整数倍のレートで選択したデータを補間し、補間データを形成する。図７に示すように、微細遅延及び補間部１４４は、係数ＲＡＭ（ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ＲＡＭ）１４４ａ、多数の乗算器（ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）１４４ｂ及び加算器（ａｄｄｅｒ）１４４ｃを備える。係数ＲＡＭ１４４ａは、微細遅延のための補間フィルタ係数のルック−アップテーブルを提供する。乗算器１４４ｂは、選択されたデータ及び補間フィルタ係数に対応して、抽出データ格納部１４３で選択されたデータに補間フィルタ係数を乗算し、乗算器１４４ｂの出力信号は、加算器１４４ｃで合算されて補間が行われる。補間された各スキャンラインデータは、多重受信スキャンラインデータをなす。前述したように、中心周波数の整数倍の割合で抽出及び選択して補間することにより、データの微細遅延を図ることができる。
【００３０】
さらに、図４には示していないが、受信ビームフォーマ１４０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具現するための受信ビーム形成部、減衰を補償する利得調節部などをさらに備える。
【００３１】
前述した本発明の実施例は、本発明の原理を応用した多様な実施例中の一部を示したものに過ぎない。本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者は本発明の本質から逸脱せず、前述した実施例は様々な変形が可能であり、前述した本発明の実施例でのような一部構成の組合わせも本発明の範囲に属するものであることが明確に分かる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施例による超音波診断装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例による超音波送信の集束を説明するための概略図である。
【図３】本発明の実施例による受信スキャンライン形成を説明するための概略図である。
【図４】本発明の実施例による受信ビームフォーマの構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施例による変換子、ＡＤＣ、概略遅延部、遅延データ格納部の関係を示す概略図である。
【図６】本発明の実施例による抽出及びデータ選択を説明するための概略図である。
【図７】本発明の実施例による概略遅延部、遅延データ格納部、抽出データ格納部及び補間部を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３３】
１１０  プローブ
１２０  送信ビームフォーマ
１３０  ＡＤＣｓ
１４０  受信ビームフォーマ
１４１  概略遅延部
１４２  遅延データ格納部
１４３  抽出データ格納部
１４４  微細遅延及び補間部
１４５  制御部
１５０  格納部 
１６０  ＤＳＰ
１７０  ＤＳＣ
１８０  ディスプレイ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
2007313319.tif 000012
【図４】
2007313319.tif 000013
【図５】
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【図６】
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【図７】
2007313319.tif 000016