JP2003010187A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 主に画質向上や3次元撮像等を目的として多
ビットのADコンバーターを用いたり多数の受信チャンネ
ルを設けても、信号配線数の増加量を少なく抑え、回路
設計の複雑化を防ぎ、またディジタルノイズの増加を抑
える。 【構成】 パラレルのディジタル信号をシリアル信号に
変換して伝送する手段を一つ以上備える。

Description

【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
係り、特に、ディジタル信号処理により断層画像を得る
超音波診断装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】ディジタル超音波診断装置において、受
信エコー信号をディジタルデータに変換するためのADコ
ンバーターは、サンプリングスピードの関係から、一般
的にパラレル出力のものが用いられる。この時、超音波
診断装置の受信チャンネル数をm、ADコンバーターの出
力信号をnビットとすると、ADコンバーターのパラレル
出力信号を整相回路に伝達する信号線はm×n本必要とな
る。これは、超音波装置の受信チャンネル数およびADコ
ンバーターのビット数に比例して、ディジタル信号線の
数が増加することを意味する。近年、超音波診断装置に
おいて、画質向上や3次元撮像等を実現するため、ADコ
ンバーターの出力ビット数や装置の受信チャンネル数は
増加する傾向にある。言い換えると、ADコンバーター以
降の回路において、受信データを伝送する信号線は高密
度化の傾向にある。この事は、基板設計の複雑化や基板
間接続コネクタのピン数増加に伴うコスト増加、ディジ
タル信号に起因するノイズの増加、といった問題の原因
となる。 【０００３】また、探触子と装置はケーブルで接続され
ており、受波信号はアナログ信号で伝送していた。受波
信号をアナログで伝送するためには、ノイズ混入を防ぐ
ため、一般的に同軸ケーブルが用いられていた。同軸ケ
ーブルは容量が大きいため、損失およびインピーダンス
マッチングが問題となっていた。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、主に
画質向上や3次元撮像等を目的として多ビットのADコン
バーターを用いたり多数の受信チャンネルを設けても、
信号配線数の増加量を少なく抑え、回路設計の複雑化を
防ぎ、またディジタルノイズの増加を抑えた超音波診断
装置を提供することにある。さらに、探触子〜装置間の
同軸ケーブルを無くし、ケーブルの損失やインピーダン
スマッチングをほとんど考慮する必要の無い接続の実現
を目的としている。 【０００５】 【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、複数の配列された超音波振動子より成り、
ケーブルにより本体装置に接続された超音波探触子を具
備し、前記超音波振動子より被検体に超音波を放射し被
検体からの反射波を前記配列された超音波振動子により
受波し複数の受波信号を得、該複数の受波信号を複数の
アナログディジタル変換器によりそれぞれデジタル信号
に変換し、ディジタル信号に変換された受波信号を遅延
または位相処理をし、複数の受波信号の波面を合わせて
加算し超音波ビ−ムを得て断層像を表示する超音波診断
装置において、前記超音波探触子に、受波信号をディジ
タルに変換し、その出力をパラレル／シリアル変換し
て、前記ケーブルにより本体装置に接続することを特徴
としている。 【０００６】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照して詳細に説明する。なお、発明の実施の形態
を説明するための全図において、同一機能を有するもの
は同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。 【０００７】図1は、本発明を実施するための超音波診
断装置全体の構成を示すブロック図である。図におい
て、1は超音波を送受信する探触子、2は受信したエコー
信号を深度による減衰を補正し、且つADコンバータ3の
入力範囲に合わせて増幅する可変ゲイン部、3は受信し
たエコー信号をディジタル信号に変換するためのADコン
バーター、100-1はADコンバーターから出力されるパラ
レル信号をシリアル信号に変換して伝送し、次段の回路
直前で再びパラレル信号に復元して入力する、シリアル
信号伝送手段である。 【０００８】図では省略されている送波回路によって、
探触子1から被検体内に超音波が打ち出される。打ち出
された超音波は、被検体内で反射してエコー信号とな
り、探触子1によって受信され、電気信号に変換され
る。電気信号に変換されたエコー信号は、可変ゲイン部
2において振幅が調整された後、ADコンバータ3において
ディジタル信号に変換される。ここで、ADコンバーター
3の出力信号は、シリアル信号伝送手段100-1によってシ
リアル信号としてディジタル整相手段4に伝送される。
ディジタル整相手段4は、内蔵の遅延回路及び加算回路
によって、所定方向から受信したように超音波ビームを
形成して出力する。ディジタル整相手段4において形成
された超音波ビーム信号は、シリアル信号伝送手段100-
2によってシリアル信号としてディジタル画像処理回路5
に伝送される。ディジタル画像処理回路5は、受信ビー
ムを画像化するための前処理として、対数変換処理、フ
ィルタ処理、γ補正等を行う。ディジタル画像処理回路
5から超音波ビームの操作毎に出力されるデータより、
ディジタルスキャンコンバータ6は画像データを形成す
ると共に、画像表示装置の走査に応じて出力する、すな
わち超音波操作と表示操作との走査変換を行う。7は前
記ディジタルスキャンコンバータ6から出力された画像
データをDA変換して輝度信号へ変換し、画像として表示
する表示装置であり、一般的にはCRTモニタである。8は
上記の各構成要件を直接または間接的に制御して超音波
の送受信と画像表示を行わせる中央演算ユニット等を有
する制御部である。 【０００９】次に上記構成の装置の動作を簡単に説明す
る。探触子1を被検体の検査部位の体表に当接し、図示
を省略した操作盤から送波フォーカス深度等のスキャン
パラメータを入力した後、超音波スキャン開始命令を入
力する。すると、制御部8が各ユニットを制御し、超音
波スキャンを開始する。まず、制御部8は、図示を省略
した送波部に対し、最初の送波における振動子の選択指
令と、駆動パルス出力指令及び前記送波フォーカス深度
に応じて遅延時間を設定する指令を出力する。これら指
令に応じて、駆動パルスが探触子1へ供給される。探触
子1内の、上記振動子の選択指令によって選択された振
動子は、駆動パルスが入力すると所定の周波数で振動
し、超音波を順次被検体内へ送波する。 【００１０】被検体内へ送波された超音波は、生体内の
組織や臓器の音響インピーダンスの異なる面でその一部
が反射され、エコーとして探触子1方向へ反射する。こ
のエコーを受信するために、制御部8は受信系を制御す
る。先ず送波の終了と共に探触子1内の振動子は受信系
に繋ぎ換えられる。この時受信に使用される振動子は、
操作者によって入力されたスキャンパラメータ等の条件
に応じて制御部8によって選択される。この振動子切り
替え選択と共に、ディジタル整相手段4に対する受信遅
延時間の制御を行う。 【００１１】これらの制御によって、被検体内の浅い部
位から深い部位へと超音波が伝搬して行くにつれて生ず
るエコーが探触子1において受信され、ADコンバーター3
においてディジタル信号に変換される。ディジタル信号
に変換された受信エコー信号は、シリアル信号伝送手段
100-1によって、ADコンバーターの出力ビット数よりも
少ない本数の信号線でディジタル整相手段4に伝送され
る。これにより、ADコンバーター3とディジタル整相手
段4との間の配線を少なくし、基板設計を容易にするこ
とが可能となる。また、シリアル信号伝送手段100-1に
おいて伝送されるシリアル信号を、シリアル変換前のパ
ラレル信号よりも小さな振幅で伝送することにより、デ
ィジタル信号に起因するノイズを減少させることが可能
となる。 【００１２】ディジタル整相手段4では、入力された受
信エコー信号を、各チャンネル毎に用意された受信遅延
回路によって整相し、加算回路で加算する。ディジタル
整相手段4において整相加算処理された受信エコー信号
は、前述のシリアル信号伝送手段100-1とは別に設けら
れたシリアル信号伝送手段100-2によってシリアル信号
としてディジタル画像処理回路5に伝送される。このシ
リアル信号伝送手段100-2においても、ADコンバーター3
とディジタル整相手段4との間に設けられたシリアル信
号伝送手段100-1と同様の効果が得られることは自明で
ある。 【００１３】受信エコー信号を入力されたディジタル画
像処理回路5では、入力されたエコー信号に対し対数変
換処理、フィルタ処理、γ補正等の処理を行い、ディジ
タルスキャンコンバータ6へ処理後の信号を出力する。
ディジタルスキャンコンバータ6は入力された信号をメ
モリへ記憶し、表示の同期信号に対応して、表示装置7
へ記憶内容を読み出して出力する。以上の動作が終了す
ると、制御部8は超音波の送受信方向を変更して2回目、
3回目、…というように順次超音波の送受信方向を変更
して上記動作を繰り返す。 【００１４】次に、本発明におけるシリアル信号伝送手
段の構成例を、図2を用いて説明する。なお、同図にお
いてADコンバーター3以前およびディジタル整相手段4以
降の構成要素は、議論の簡単のため省略してある。 【００１５】図2（a）は、ADコンバーター3の出力信号
とディジタル整相手段4の入力とが共にパラレルである
場合の例である。この場合、ADコンバーター3の出力信
号は、ADコンバータ3の直近に設けられているパラレル
／シリアル変換器1000によってシリアル信号に変換さ
れ、伝送される。そしてディジタル整相手段4の直近に
設けられたシリアル／パラレル変換器1001によって再び
パラレル信号に復元され、ディジタル整相手段4に入力
される。 【００１６】図2（b）は、ADコンバーター3の出力信号
はシリアル、ディジタル整相手段4の入力はパラレルで
ある場合の例である。この場合、図2（a）においてADコ
ンバータ3の直近に設けられていたパラレル／シリアル
変換器1000は不要となる。ADコンバータ3の出力信号は
ディジタル整相手段4の直近に設けられたシリアル／パ
ラレル変換器1001によってパラレル信号に復元され、デ
ィジタル整相手段4に入力される。ここでADコンバータ
ー3の出力信号をシリアルとする構成として、ΔΣ変調
の1ビットADコンバーターを用いても良いが、通常用い
られるパラレル出力のICの中にパラレル／シリアル変換
器を設けても良い。 【００１７】図2（c）は、ADコンバーター3の出力信号
はパラレル、ディジタル整相手段4の入力はシリアルで
ある場合の例である。この場合、図2（a）においてディ
ジタル整相手段4の直近に設けられていたシリアル／パ
ラレル変換器1001は不要となる。ADコンバーター3の出
力信号は、ADコンバータ3の直近に設けられているパラ
レル／シリアル変換器1000によってシリアルに変換さ
れ、伝送される。そしてディジタル整相手段4に直接入
力される。 【００１８】ADコンバーター3の出力とディジタル整相
手段4の入力とが共にシリアル信号である場合には、他
に何らの信号処理手段を追加することなく本発明を実施
することが可能である事は、これまでの説明により自明
であるため、説明を省略する。 【００１９】パラレル／シリアル変換器1000とシリアル
／パラレル変換器1001間のシリアル信号の配線数は、パ
ラレル信号何ビットを一つのシリアル信号に変換する
か、また、シリアル信号を差動信号とするか、といった
事によって変化する。しかし、図2に示したように例え
ば装置全体の受信チャンネル数をm、ADコンバーターの
出力ビット数をnとした場合、必ずm×nビット以下とな
る。 【００２０】さらに超音波診断装置では、受信回路以外
にもパラレルのディジタル信号を使用している回路があ
る。その様な回路に対し上記と同様の構成を用いること
により、ディジタル信号線の配線数をさらに少なくする
ことが可能である。 【００２１】また、上記シリアル信号を、ADコンバータ
ー3の出力信号振幅よりも小さい振幅で伝送可能な手段
を用いることにより、ディジタル信号に起因するノイズ
をさらに減少させることが可能となる。 【００２２】以上説明したように本発明によれば、ディ
ジタル信号配線数の増加量を少なく抑え、回路設計の複
雑化を防ぎ、またディジタルノイズの増加を抑えた超音
波診断装置を提供することが出来る。 【００２３】また、本実施例においては同一装置上で説
明したが、ADコンバーターとディジタル整相手段が物理
的に分離した構成となっている場合、シリアル信号伝送
手段として光による通信を用いる事にも対応するもので
ある。 【００２４】次に本発明の第二の実施例を、図3により
説明する。なお、図3においても超音波送信のための回
路は省略する。本実施例では、探触子1内に、振動子1
0、可変ゲイン部2、ADコンバーター3とシリアル信号伝
送手段100-1を内蔵してある。セクタ型探触子の場合
は、前記可変ゲイン部2とADコンバーター3、シリアル信
号伝送手段100-1は、振動子数分内蔵する。また、口径
を移動するリニア型探触子の場合は、振動子選択スイッ
チを内蔵し、前記回路は口径を形成する振動子分内蔵す
る。従来は、各振動子は各々細い同軸ケーブルで本体の
アナログ回路に接続されていた。受信信号を探触子1内
でディジタル化することにより、装置との接続に同軸ケ
ーブルを用いる必要は無くなり、フラットケーブル等で
実現できる。放射ノイズが問題な時は、ケーブル全体を
まとめてシールドすれば良い。本体側は、ディジタル整
相手段4なのでアナログ信号において問題であったイン
ピーダンスマッチングや、ケーブルにおける損失の問題
はなくなる。また、シリアル信号手段100-1により信号
線が減らされているので、接続も容易となる。 【００２５】以上、本発明者によってなされた発明を、
前記発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本
発明は、前記発明の実施の形態に限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能で
あることは勿論である。 【００２６】 【発明の効果】画質向上や3次元撮像等を目的として多
ビットのADコンバーターを用いたり多数の受信チャンネ
ルを設けても、信号配線数の増加量を少なく抑え、回路
設計の複雑化を防ぎ、またディジタルノイズの増加を抑
えた超音波診断装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施形態による超音波診断装置の全
体構成を示すブロック図。 【図２】本発明におけるシリアル信号伝送手段の構成例
を説明する図。 【図３】本発明の第二の実施例による超音波診断装置の
全体構成を示すブロック図。 【符号の説明】 1…探触子 2…可変ゲイン部 3…ADコンバーター 4…ディジタル整相手段 5…ディジタル画像処理回路 6…ディジタルスキャンコンバータ 7…表示装置 8…制御部 10…振動子 100-1…シリアル信号伝送手段 100-2…シリアル信号伝送手段 1000…パラレル／シリアル変換器 1001…シリアル／パラレル変換器

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4C301 AA02 CC01 EE04 EE15 EE20 GB02 GB04 HH16 HH24 HH33 HH37 HH38 JA01 JA11 JA18 JB03 JB04 JB11 JB29 JB35 JB50 KK03 LL04

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 複数の配列された超音波振動子より成
   り、ケーブルにより本体装置に接続された超音波探触子
   を具備し、前記超音波振動子より被検体に超音波を放射
   し被検体からの反射波を前記配列された超音波振動子に
   より受波し複数の受波信号を得、該複数の受波信号を複
   数のアナログディジタル変換器によりそれぞれデジタル
   信号に変換し、ディジタル信号に変換された受波信号を
   遅延または位相処理をし、複数の受波信号の波面を合わ
   せて加算し超音波ビ−ムを得て断層像を表示する超音波
   診断装置において、前記超音波探触子に、受波信号をデ
   ィジタルに変換し、その出力をパラレル／シリアル変換
   して、前記ケーブルにより本体装置に接続することを特
   徴とする超音波診断装置。