(57)【要約】【課題】ビームフォーマにおいて低いサンプリング周波数で、高い周波数のエコーを精度良く遅延加算する。【解決手段】高周波信号を用いた場合でも、従来と同等の速度のＡ／Ｄ変換により良好な画質を提供するため制御部９から供給するクロックを正相、逆相の２通り用意し、Ａ／Ｄ変換器５１〜５８において隣り合う振動子が異なる位相になるようにクロックを選択することで、サンプリング周波数を上げずに遅延加算を精度良く行なうようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体内に超音波を送受信する複数の振動子からなる探触子と、前記複数の振動子を駆動する複数の送信部と、前記複数の送信部の駆動出力をそれぞれどの振動子に接続するかを決定する複数の高圧スイッチと、
前記複数の振動子から得たエコー信号を複数のＡ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換しディジタル遅延を行ない加算するビーム形成器と、を有し、
前記ビームフォーマの複数のＡ／Ｄ変換器に加えるＡ／Ｄ変換器の変換クロックの位相に複数の位相を用いることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
複数のＡ／Ｄ変換器に与えるクロックの位相は正相と逆相の２つとし、開口の中心から振動子ごとに切り替えることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項３】
高圧スイッチとＡ／Ｄ変換器との間にクロスポイントスイッチを設けることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項４】
クロスポイントスイッチのＡ／Ｄ変換器への接続は開口の中心では１対２に、開口の端部では１対１にすることを特徴とする請求項３記載の超音波診断装置。
【請求項５】
開口の端部ではＡ／Ｄ変換器に接続しない振動子を設けることを特徴とする請求項３記載の超音波診断装置。
【請求項６】
開口の中心部は隣接する２つの振動子の電気信号を加算し、変換タイミングの異なる２つのＡ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換することを特徴とする請求項３記載の超音波診断装置。
【請求項７】
クロスポイントスイッチの前に電圧−電流変換器、後に電流−電圧変換器を設け、接続されるＡ／Ｄ変換器の個数で電流が分配され、Ａ／Ｄ変換器の入力電圧に反映されることを特徴とする請求項３記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置に関し、特に、配列振動子により送受信を行う超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
体内の組織の形状や血流状態を表示する超音波診断装置の原理はすでに広く知られている。超音波診断装置の概略の動作について図４を用いて説明する。
【０００３】
送信部１でつくられた送信パルスは、開口切替器２を経て探触子３内の複数の振動子（図示なし）を駆動し、発生した超音波パルスは被検体（図示なし）に照射される。
【０００４】
図示されない被検体内部で反射した信号は探触子３内の図示されない複数の振動子において電気信号に戻され、開口切替器２およびリミッタ４を介して受信部５に入力する。
【０００５】
受信部５においては、図示されないＡ／Ｄ変換器でエコー信号はディジタルに変換され、図示されないディジタル遅延器と加算器で遅延加算される。
【０００６】
遅延加算された信号は信号処理部６で用途に即した信号処理を行なう。例えばＢモードの場合は振幅情報が抽出され、ドプラモードの場合はエコー信号に位相検波を行ない、複数の信号を比較して位相の回転量から速度情報を得る。
【０００７】
このように加工されたデータは画像構成部７で走査変換など表示に即した形にされ、表示部８に表示される。
【０００８】
システム全体の制御は制御部９により行なわれる。
【０００９】
次にビームフォーマ部についての説明を図５を用いて行なう。
【００１０】
探触子１の内部には振動子１１〜２６があり、図示されない送信器で送出されたパルスで駆動される。高圧スイッチ２７は駆動する振動子を選択するためのもので、図の状態では、振動子１１〜１８が選択されている。この高圧スイッチ２７を順次切り替えることで開口の位置を動かすことが可能である。
【００１１】
受信においては、振動子（この図の状態では振動子１０〜１７）で得た受信信号はリミッタ３１〜３８を介して受信部５に入力する。リミッタ３１〜３８は高圧の送信パルスにより受信回路が破壊されないよう、パルスの振幅に制限を加えるものである。
【００１２】
受信部５に入力した信号はゲイン可変アンプ４１〜４８により適切な振幅に増幅され、Ａ／Ｄ変換器５１〜５８によりディジタル信号に変換される。変換タイミングは制御部９のＡ／Ｄ変換クロック発生部２８により定められる。
【００１３】
ディジタル化された信号はディジタル遅延器６１〜６８により所定の遅延がかけられ、加算器６９により加算される（例えば、特許文献１参照）。
【００１４】
超音波診断装置の構成の別の例について図６を用いて説明する。
【００１５】
この図では図５と比較してリミッタ４と受信部６の間にソート部１０がある点が異なる。
【００１６】
リニア走査と呼ばれる方式においては、送受信のビームを偏向させることがないため、ディジタル遅延器に与えられる遅延の量は開口中心を軸に対称となる。これを利用して開口中心から等しい位置にある信号をあらかじめ加算してから遅延を行なうことで、回路物量を低減することが可能になる。この方法を一般にフォールドオーバと呼ぶ。
【００１７】
フォールドオーバに対応したビームフォーマの図を図８に示す。
【００１８】
ソート部１０は電圧−電流変換器７１〜７８、クロスポイントスイッチ（ＣＰＳ）７９、電流−電圧変換器８１〜８４より構成される。
【００１９】
ＣＰＳ７９を通過されるときに電流信号に変換させることで、信号の加算を行なっている。
【特許文献１】特開平１０−３２８１８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
従来の超音波診断装置のビームフォーマにおいて、Ａ／Ｄ変換の速度は入力信号に対して十分高速である必要があった。
【００２１】
しかしながら、体表などの微細な構造を見ようとすると、送信／エコー周波数を高くする必要があり、Ａ／Ｄ変換の速度を上げねばならなくなり、それはコストの増加を招くという問題点があった。
【００２２】
本発明は高周波信号を用いた場合でも、従来と同等の速度のＡ／Ｄ変換により良好な画質を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は、Ａ／Ｄ変換器を複数の群に分けることで、課題を解決するものである。
本発明の超音波診断装置は被検体内に超音波を送受信する複数の振動子からなる探触子と、前記複数の振動子を駆動する複数の送信部と、前記複数の送信部の駆動出力をそれぞれどの振動子に接続するかを決定する複数の高圧スイッチと、
前記複数の振動子から得たエコー信号を複数のＡ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換しディジタル遅延を行ない加算するビーム形成器と、を有し、
前記ビームフォーマの複数のＡ／Ｄ変換器に加えるＡ／Ｄ変換器の変換クロックの位相に複数の位相を用いる。
【００２４】
その結果、Ａ／Ｄ変換器を複数の群に分け、群ごとに変換タイミングを変えることで、課題を解決するものである。
【００２５】
請求項２の発明においては、隣り合う振動子の信号をＡ／Ｄ変換タイミングを変えることで高周波入力に対応するものである。
【００２６】
請求項３の発明においては、高圧スイッチとＡ／Ｄ変換器の間にクロスポイントスイッチを設け、開口たたみを可能にすることで回路物量、コストを低減するものである。
【００２７】
請求項４の発明においては、請求項３の発明において、クロスポイントスイッチの接続を開口の中心において１対２に、開口の端部では１対１にすることで、画質を維持しつつ、回路物量を低減するものである。
【００２８】
請求項５の発明においては、請求項３の発明において、クロスポイントスイッチの接続を開口の端部においては、接続しない振動子を設けることで、画質を維持しつつ、回路物量を低減するものである。
【００２９】
請求項６の発明においては、請求項３の発明において、開口の中心部で２つの振動子を変換タイミングの異なる２つのＡ／Ｄ変換器で変換することで高い周波数の信号を精度よく計測するものである。
【００３０】
請求項７の発明においては、請求項３の発明において、クロスポイントスイッチの前に電圧−電流変換器、クロスポイントスイッチの後に電流−電圧変換器を設置し、接続されるＡ／Ｄ変換器の数がＡ／Ｄ変換器の入力電圧に反映されるようにしたことで、信号処理の量を低減するものである。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の超音波診断装置によれば、高周波信号を用いた場合でも、従来と同等の速度のＡ／Ｄ変換により良好な画質を提供するため制御部から供給するクロックを正相、逆相の２通り用意し、Ａ／Ｄ変換器において隣り合う振動子が異なる位相になるようにクロックを選択することで、サンプリング周波数を上げずに遅延加算を精度良く行なえる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施について、図１〜３を用いて説明する。
【００３３】
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態における超音波診断装置のビームフォーマのブロック図である。図１（ａ）は図５と比較して、制御部９におけるＡ／Ｄ変換クロックが２系統になっており、正相、逆相の２つのクロックが供給されており、受信部５のＡ／Ｄ変換器５１〜５８のそれぞれが２つのクロックのうち一方を選択することが異なっている。
【００３４】
図１（ａ）は、８チャンネルの開口におけるクロックの選択について示している。
【００３５】
開口中心を境に正相、逆相の順にクロックが配置される。
【００３６】
超音波信号を受信する際に、隣合うチャンネル間では遅延量の差が小さいため、隣り合う信号の一方を正相、もう一方を逆相で変換することで、見かけ上のサンプリング速度を２倍にすることが可能である。
【００３７】
このことによりＡ／Ｄ変換器の速度を速くすることなく、高周波のエコー信号に対応することが可能となる。
【００３８】
（実施の形態２）
図２は本発明の第２の実施の形態における超音波診断装置のビームフォーマのブロック図である。
【００３９】
図２（ａ）は従来例２において、実施の形態１の２相クロックを適用したものである。この実施の形態においては、ＣＰＳ（クロスポイントスイッチ）７９において信号の順序がソートできるので、Ａ／Ｄ変換器のクロックを切り替える必要がなくなる。
【００４０】
図２（ｂ）は、８チャンネルの開口におけるクロックの選択について示している。さらに、Ａ／Ｄ変換器を複数の群に分け、群ごとに変換タイミングを変えることができる。
【００４１】
（実施の形態３）
図３（ａ）−（ｃ）は本発明の第３の実施の形態における超音波診断装置のビームフォーマにおけるＣＰＳ部の接続の例である。
【００４２】
図３（ａ）−（ｃ）は３２チャンネルの開口を想定したもので、その半分を示している。上が開口の端部、下が開口中心となる。振動子を黒で表したものが２つの（変換クロックの位相の異なる）Ａ／Ｄ変換器で変換するもので、斜線の振動子は１つのＡ／Ｄ変換器でディジタル変換を行なうもの、白は用いない振動子である。また、Ａ／Ｄ変換器は黒が正相、白が逆相を表す。
【００４３】
開口の中心付近では隣り合う振動子の遅延時間差が少ないので、複数のＡ／Ｄ変換器を用いて見かけ上のサンプリング周波数を上げている。開口の端部においては隣り合う振動子で遅延時間の差が大きいのでバラバラの位相で信号が入ってきていると見做すことができ、１つの振動子に対し複数のＡ／Ｄ変換器を使う必要がなくなる。
【００４４】
また、端部においては、図３（ｂ）のように端部において用いない振動子を設け、間引くことで見かけ上の開口を広くすることができる。
【００４５】
さらに、中心部においては、図３（ｃ）のように、２つの振動子を束ね、２つのクロック位相の異なるＡ／Ｄ変換器でディジタル化を行なうことも可能である。
【００４６】
なお、これらの図では、端部の配列について、間を空ける、空けないの２つのパターン、中心部について１つの振動子を２つのＡ／Ｄ変換器に接続する、２つの振動子を束ねて２つのＡ／Ｄ変換器に接続するパターンを示したが、これらのパターンを混在させてもよい。
【００４７】
類似の手法としては、例えば特許文献１のような手法が知られているが、特許文献１の手法においては、全ての振動子に対し複数のＡ／Ｄ変換器を用いるため、Ａ／Ｄ変換器の必要量が増加してしまい、コストが下がらないという問題がある。これに対して、本発明の手法によれば、位相の揃っている開口中心のみに複数のＡ／Ｄ変換器を割り当てることで、コストの問題を回避しつつ、ビームフォーマを高周波に対応させることが可能である。
【００４８】
さらに、この方法においては、クロスポイントスイッチ内での信号を電流に変換しているので、図３（ｄ）のように出力に２個のＡ／Ｄを接続すると、出力される電流が半分になり、電圧に変換したときの振幅が半分になる。１つの振動子から得た信号を２つのＡ／Ｄ変換器でディジタル変換し、遅延加算に用いようとするならば、振幅を半分にする必要があり、この回路においては、回路の増設なく振幅を半分にすることを可能にしている。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は上記実施の形態より明らかなように、ビームフォーマにおいて高速なＡ／Ｄ変換器を用いることなく、高周波エコー信号を精度良く遅延加算することができ、安価に性能の高い超音波診断装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１の実施の形態における超音波ドプラ血流計の並列受信法の説明図
【図２】本発明の第２の実施の形態における超音波ドプラ血流計の並列受信法の説明図
【図３】本発明の従来例における超音波ドプラ血流計の並列受信法の説明図
【図４】本発明の従来例における超音波診断装置のブロック図
【図５】本発明の従来例における超音波診断装置のビームフォーマ部のブロック図
【図６】本発明の別の従来例における超音波診断装置のブロック図
【図７】本発明の別の従来例における超音波診断装置のビームフォーマ部のブロック図
【符号の説明】
【００５１】
１    送信部
２    開口切替器
３    探触子
４    リミッタ
５    受信部
６    信号処理部
７    画像構成部
８    表示部
９    制御部
１０    ソート部
１１〜２６    振動子
２７    高圧スイッチ
２８    Ａ／Ｄ変換クロック発生部
２９    位相反転器
３１〜３８    リミッタ
４１〜４８    ゲイン可変アンプ
５１〜５８，１５１〜１６６    Ａ／Ｄ変換器
６１〜６８    ディジタル遅延器
６９    加算器
７１〜７８    ＶーＩ変換器
７９    クロスポイントスイッチ（ＣＰＳ）
８１〜８４    Ｉ−Ｖ変換器
【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】
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【図６】
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【図７】
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