(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の超音波振動素子からなるアレイ振動子と、
複数のＡ／Ｄ変換器からなり、倍速サンプリングモードではそれらのＡ／Ｄ変換器がｎ個のグループに区分されるＡ／Ｄ変換器群と、
通常サンプリングモードでは同時相のサンプリングクロックを各Ａ／Ｄ変換器に並列的に供給し、倍速サンプリングモードでは周波数が同じで位相が異なるｎ種類のサンプリングクロックを各グループに１種類ずつ供給するクロック供給手段と、
前記複数の超音波振動素子と前記複数のＡ／Ｄ変換器の接続関係を設定する手段であって、前記通常サンプリングモードでは、動作する１つの超音波振動素子ごとに１つのＡ／Ｄ変換器を接続し、前記倍速サンプリングモードでは、動作する１つの超音波振動素子ごとに各グループから１個ずつのｎ個のＡ／Ｄ変換器を並列に接続するスイッチング回路と、
前記倍速サンプリングモードでは、前記動作する超音波振動素子ごとに前記並列接続されたｎ個のＡ／Ｄ変換器からの受信信号をまとめて１つの受信信号として出力する合成器群と、
を含み、
前記倍速サンプリングモードにおいて、前記スイッチング回路は、動作する超音波振動素子群を素子配列方向に移動させる都度、前記複数の超音波振動素子と前記複数のＡ／Ｄ変換器との接続関係を再設定することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記クロック供給手段は、
クロック発生器と、
前記クロック発生器で発生したクロックの位相を変えて前記ｎ種類のクロックを生成する回路と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
請求項１記載の装置において、
使用される超音波探触子の種別に応じて前記通常サンプリングモード又は前記倍速サンプリングモードを選択するモード選択手段を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波診断装置に関し、特にデジタルビームフォーマーを備えた超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】
従来の超音波診断装置においては、各超音波振動素子（以下、素子という）からの受信信号は整相加算回路において加算され、その加算後の受信信号がＡ／Ｄ変換器においてデジタル信号に変換される。すなわち、整相加算がアナログ的に行われていた。ちなみに、整相加算は各受信信号の位相を合わせて超音波ビームパターンを電子的に形成し、また電子フォーカスを行うために行われる。
【０００３】
近年、Ａ／Ｄ変換器の低価格化を背景として、デジタルビームフォーマーが実用化されている。これは、各素子からの受信信号を個別にＡ／Ｄ変換し、デジタル処理によって整相加算を行うものである。これは一般にアナログ処理に比べてノイズが少ないという利点がある。
【０００４】
ところで、最近では通常の周波数よりも高い周波数の超音波を送受波する高周波用探触子が提供されている。サンプリング原理によれば、高い周波数を利用すればするほど、Ａ／Ｄ変換器におけるサンプリングレートを上げる必要がある。しかしながら、デジタルビームフォーマーを実現する場合に、高速のＡ／Ｄ変換器を多数利用するとそれだけ装置がコストアップとなるという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、高速のＡ／Ｄ変換器を利用することなく高周波の受信信号のサンプリングを行うことが可能なデジタルビームフォーマーを構成することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、通常の超音波探触子及び高周波用超音波探触子の両者に適合する超音波診断装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、複数の超音波振動素子からなるアレイ振動子と、複数のＡ／Ｄ変換器からなり、倍速サンプリングモードではそれらのＡ／Ｄ変換器がｎ個のグループに区分されるＡ／Ｄ変換器群と、通常サンプリングモードでは同時相のサンプリングクロックを各Ａ／Ｄ変換器に並列的に供給し、倍速サンプリングモードでは周波数が同じで位相が異なるｎ種類のサンプリングクロックを各グループに１種類ずつ供給するクロック供給手段と、前記複数の超音波振動素子と前記複数のＡ／Ｄ変換器の接続関係を設定する手段であって、前記通常サンプリングモードでは、動作する１つの超音波振動素子ごとに１つのＡ／Ｄ変換器を接続し、前記倍速サンプリングモードでは、動作する１つの超音波振動素子ごとに各グループから１個ずつのｎ個のＡ／Ｄ変換器を並列に接続するスイッチング回路と、前記倍速サンプリングモードでは、前記動作する超音波振動素子ごとに前記並列接続されたｎ個のＡ／Ｄ変換器からの受信信号をまとめて１つの受信信号として出力する合成器群と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、通常サンプリングモードにおいては、それぞれのＡ／Ｄ変換器が独立して利用され、従来同様に、通常のサンプリングレートで各受信信号のサンプリングが行われる。一方、倍速サンプリングモードでは、複数のＡ／Ｄ変換器がｎ個のグループに区分され、各グループによって順番にサンプリングが行われることになる。すなわち、各グループに供給されるサンプリングクロックの位相は互いにずれており、各グループでは異なるタイミングでサンプリングが行われることになる。ここで、動作する１つの素子にはｎ（ｎ＝２、３、・・・）個のＡ／Ｄ変換器が割り当てられることになり、それらのＡ／Ｄ変換器からのサンプリング信号が合成されて、見かけ上、ｎ倍のサンプリングクロックを利用してサンプリングされたものと同等のサンプリング結果を得られる。
【０００９】
動作する素子群が素子配列方向に移動する場合（電子走査する場合）、素子とＡ／Ｄ変換器の対応関係も再設定されるが、その場合においても、１つの素子には各グループから１つずつのＡ／Ｄ変換器が割り当てられる。
【００１０】
ｎが２の場合、２倍速でサンプリングが行われることになり、ｎが３の場合、３倍速でサンプリングが行われることになる。ちなみに、Ａ／Ｄ変換器の個数がｍの場合、アレイ振動子の中で１度に利用できる素子の数はｍ／ｎ個以下である。
【００１１】
１回の受信にすべての素子を利用するセクタ走査においては通常のサンプリングレートが適用され、１回の受信に一部の素子のみを利用するリニア走査やコンベックスリニア走査であってそれが高周波によるものであれば、倍速のサンプリングレートが適用される。
【００１２】
本発明によれば、Ａ／Ｄ変換器のサンプリングレートを実際に上げることなく、空いているＡ／Ｄ変換器を有効利用して高速サンプリングを実現できる。
【００１３】
本発明の望ましい態様では、前記クロック供給手段は、クロック発生器と、前記クロック発生器で発生したクロックの位相を変えて前記ｎ種類のクロックを生成する回路と、を含む。なお、ｎが２の場合には、クロックを反転させるだけで、１／２周期ずれたクロックを生成できる。
【００１４】
本発明の望ましい態様では、使用される超音波探触子の種別に応じて前記通常サンプリングモード又は前記倍速サンプリングモードを選択するモード選択手段を含む。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１には、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態が示されており、図１は受信回路の構成を示すブロック図である。図１においては送信回路は図示省略されている。
【００１７】
アレイ振動子１０は超音波の送受波を行うものであり、例えば１２８個の素子で構成される。これらの素子は直線状あるいは円弧状に配列される。アレイ振動子１０を電子走査することによって超音波ビームが走査され、これによって二次元のデータ取り込み領域が形成される。一般に電子セクタ走査が行われる場合には全ての素子が同時に利用され、一方、電子リニア走査が行われる場合には一部の素子が一度に利用され、動作する素子群２００が電子走査に伴って素子配列方向にシフトされる。なお、動作素子群２００はいわゆる受信開口を形成するものである。各素子には送信回路からの送信信号が供給されるが図示省略されている。
【００１８】
スイッチング回路１２は、アレイ振動子１０の後段に設けられており、各素子と各Ａ／Ｄ変換器との対応関係を設定するものである。通常のサンプリングモードにおいては、各素子と各Ａ／Ｄ変換器とが１対１に接続される。これは従来と同様である。一方、２倍速サンプリングモードが適用される場合、動作する１つの素子に対して２つのＡ／Ｄ変換器が割り当てられる。すなわち、１素子に対して２つのＡ／Ｄ変換器が並列的に動作する。但し、この場合、各Ａ／Ｄ変換器のサンプリングタイミングは互いに１／２周期ずれており、その結果、後述するように倍速のサンプリングが実現される。
【００１９】
受信器群１４は、例えば１２８個の受信回路で構成される。この受信回路は例えば増幅器やフィルタで構成されるものである。もちろん受信器群１４をスイッチング回路１２の前段に設けてもよい。
【００２０】
Ａ／Ｄ変換器群１６は、例えば１２８個のＡ／Ｄ変換器で構成される。Ａ／Ｄ変換器の個数は少なくとも素子の総数よりも多いことが望ましく、本実施形態では素子の数と同じ数のＡ／Ｄ変換器が設けられている。通常のサンプリングモードでは、各素子に対して１つのＡ／Ｄ変換器が割り当てられ、すなわち１対１に接続される。一方、２倍速サンプリングモードにおいては、Ａ／Ｄ変換器群１６がＡグループ及びＢグループの２つのグループに区分けされ、Ａグループの１番とＢグループの１番のペア、Ａグループの２番とＢグループの２番のペア、のような関係で並列的に２つのＡ／Ｄ変換器が動作する。図においては、１２８個のＡ／Ｄ変換器が設けられているため、１番〜６４番までのＡ／Ｄ変換器がＡグループを構成し、６５番〜１２８番までのＡ／Ｄ変換器がＢグループを構成している。
【００２１】
従って、動作素子群２００は、多くとも６４個の素子で構成される。例えば動作素子群２００が６４個の素子で構成される場合、１番の素子に対して常に１番のＡ／Ｄ変換器と６５番のＡ／Ｄ変換器が接続され、２番の素子に対して常に２番のＡ／Ｄ変換器と６６番のＡ／Ｄ変換器が接続される。それ以降の素子についても同様であり、この対応関係は動作素子群２００が電子走査された場合においても維持される。
【００２２】
本実施形態において、ＡグループのＡ／Ｄ変換器には通常のサンプリングクロックが供給され、ＢグループのＡ／Ｄ変換器には１／２周期だけシフトしたクロックが供給される。それらのクロックはクロック発生部２０によって生成されている。クロック発生器２２は基本となるクロックを発生する。そのクロックは移相器２４、セレクタ２６、Ａグループの各Ａ／Ｄ変換器にそれぞれ供給されている。移相器２４では、クロックを１／２周期だけシフトさせる処理を実行する。具体的には、本実施形態の移相器２４はクロックを反転させる処理を実行する。したがって、セレクタ２６には、シフトを伴わないクロックと１／２周期だけシフトしたクロックとが入力されることになる。セレクタ２６は後述するモード判定部５４から出力されるモード信号１００に基づいてＢグループに供給するクロックを選択する。例えば通常のサンプリングモードが選択された場合、セレクタ２６はクロック発生器２２で発生されたクロックをそのまま出力する。これによって全てのＡ／Ｄ変換器には同時相のクロックが供給されることになる。一方、モード信号１００が２倍速サンプリングモードを表している場合には、セレクタ２６は移相器２４から出力されたクロックを選択する。これによってＡグループには通常のクロックが供給されるが、Ｂグループにはそれよりも１／２周期だけずれたクロックが供給されることになる。
【００２３】
スイッチ群１８は、本実施形態において例えば６４個のスイッチで構成されている。各スイッチは、入力される２つの信号を選択する機能を有する。例えば通常のサンプリングモードが選択されている場合、各スイッチはＡグループから出力される受信信号をそのまま継続して出力する。一方、２倍速サンプリングモードが指定されている場合には、各スイッチはＡグループから出力される受信信号とＢグループから出力される受信信号をサンプリングクロックの１周期内で切り換えて出力する。これによって結果として２倍のサンプリングレートで受信信号のサンプリングを行った場合と同等のサンプリング信号を得ることができる。これについては後に詳述する。
【００２４】
したがって、通常のサンプリングモードが指定される場合、符号１０４で示すように全ての出力線から各素子に対応したデジタル受信信号が表れることになる。一方、２倍速サンプリングモードが指定される場合、符号１０２で示すＡグループに対応する複数の信号線の中で、動作した素子に対応する信号線にデジタル信号が表れることになる。この場合、そのデジタル信号のレートは通常のものに比べて２倍である。
【００２５】
図１に示す受信制御部５０は、受信回路全体の動作を制御している。この受信制御部５０は本実施形態においてモード判定部５４を有する。プローブ種別検出部５２は、超音波診断装置本体に接続されたプローブの種別を検出する手段であり、その検出結果はモード判定部５４に入力されている。そして、モード判定部５４によってプローブの種別に基づいて通常のサンプリングモードであるかあるいは倍速サンプリングモードであるかを設定する。プローブ種別検出部５２は、例えば超音波探触子が接続された時点でその超音波探触子にあらかじめ設定されているディップスイッチの設定状況などを読み込み、それに基づいて高周波プローブであるかあるいは通常のプローブであるかを判定する。プローブ種別の検出結果は、図示されていない送信制御部へも送られており、例えば高周波プローブが検出された場合には、送信周波数として通常よりも高い周波数が利用される。
もちろん、本実施形態では自動的にモードの判定を行ったが、ユーザーによってモードの判定を行い、モードの指定を入力してもよい。モード信号１００は上述のようにクロック発生部２０に供給されるとともにスイッチング回路１２及びスイッチ群１８に供給されている。
【００２６】
図２には、図１に示す（Ａ）〜（Ｅ）に示す各信号の状態が概念的に示されている。（Ａ）に示すクロックはクロック発生器２２によって発生されたクロックであり、（Ｂ）に示すクロックは移相器２４から出力されるクロックである。これらのクロックの周期Ｔ１は同一であるが、その位相は二分の一の周期だけシフトしている。
【００２７】
２倍速サンプリングモードでは、Ａグループから（Ｃ）に示すような信号が出力され、Ｂグループから（Ｄ）に示すような信号が出力される。そして、スイッチ回路の切り替えによって（Ｅ）に示すような２倍速でサンプリングしたものと同等のサンプリング信号が得られることになる。なお、通常のサンプリングモードでは、Ａグループ及びＢグループの双方から（Ｃ）に示すような信号が出力される。
【００２８】
受信回路から出力される各受信信号は、デジタル的に位相が揃えられて合成され、これによって例えばＢモード断層画像などが形成される。そのような整相加算はハードウエア的に行うこともできるが、ソフトウエア的に処理してもよい。
上記実施形態では、Ａ／Ｄ変換器群１６がＡグループ及びＢグループの２つのグループに区分けされていたが、もちろん３つあるいはそれ以上の個数でグループ分けを行ってもよい。例えば３グループに区分けした場合、３倍速のサンプリング結果を得ることが可能である。
【００２９】
上記実施形態によれば、高速Ａ／Ｄ変換器を利用することなく、遊んでいるＡ／Ｄ変換器を効果的に利用して結果として高速のサンプリングを実現することができる。したがって例えば高周波リニアプローブなどに対応できるという利点がある。
【００３０】
なお、本発明は、振動素子とＡ／Ｄ変換器の個数が異なる場合にも適用できる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高速Ａ／Ｄ変換器を利用することなく高周波の受信信号のサンプリングを行うことができる。また、本発明によれば通常の超音波探触子及び高周波用超音波探触子の両者に適合することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る超音波診断装置の受信回路の構成を示すブロック図である。
【図２】  各信号の関係を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１０  アレイ振動子、１２  スイッチング回路、１４  受信器群、１６  Ａ／Ｄ変換器群、１８  スイッチ群、２０  クロック発生部、２２  クロック発生器、２４  移相器、２６  セレクタ、５０  受信制御部、５２  プローブ種別検出部、５４  モード判定部。
【図１】
0003850953.tif 000002
【図２】
0003850953.tif 000003