JP2013165882A - Subject information acquisition apparatus and method for controlling the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被検体情報取得装置およびその制御方法に関する。 The present invention relates to a subject information acquisition apparatus and a control method thereof.
超音波の送受信を行うトランスデューサとして、静電容量型超音波トランスデューサであるCMUT(Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer)が提案されている。
CMUTは、半導体プロセスを応用したMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)プロセスを用いて作製されたものである。また、超音波トランスデューサを用いて、測定対象に超音波を送信し、測定対象で反射した超音波を受信することで、測定対象の情報を得る測定方法がある。この測定方法に用いる送受信トランスデューサに、送受信する超音波の周波数範囲が比較的広い(広帯域)という特徴を持つCMUTを用いる方法が提案されている。
As a transducer for transmitting and receiving ultrasonic waves, a capacitive micromachined ultrasonic transducer (CMUT), which is a capacitive ultrasonic transducer, has been proposed.
The CMUT is manufactured using a micro electro mechanical systems (MEMS) process that applies a semiconductor process. In addition, there is a measurement method for obtaining information on a measurement target by transmitting an ultrasonic wave to the measurement target using an ultrasonic transducer and receiving the ultrasonic wave reflected by the measurement target. As a transmission / reception transducer used in this measurement method, a method using a CMUT having a characteristic that the frequency range of ultrasonic waves to be transmitted / received is relatively wide (broadband) has been proposed.
従来、CMUTを用いて超音波を送受信する場合、同一のCMUTエレメントにおいて送信波出力と受信波入力の双方が行われる。
送信波出力は一般的に受信波よりも強度が高い。CMUTエレメントに対して強度の高い送信波を入力することで、CMUTエレメントの受信感度に悪影響が出ることが懸念されている。そこで、超音波送信専用CMUTエレメントと超音波受信専用CMUTエレメントを分離するシステムが提案されている。
Conventionally, when transmitting and receiving ultrasonic waves using CMUT, both transmission wave output and reception wave input are performed in the same CMUT element.
The transmitted wave output is generally stronger than the received wave. There is a concern that the reception sensitivity of the CMUT element may be adversely affected by inputting a high-intensity transmission wave to the CMUT element. Therefore, a system for separating the ultrasonic transmission dedicated CMUT element and the ultrasonic reception dedicated CMUT element has been proposed.
しかし、超音波送信専用CMUTエレメントにおいては、半導体プロセスに起因する静電容量等のばらつきが存在するため、超音波送信専用CMUTエレメント毎に送信特性がばらつく。この送信特性のばらつきを考慮せずに超音波ビームの送信を行うと、所望の送信ビームが形成されず、取得された超音波画像の画質を劣化させてしまうという課題がある。なお、送信特性の例としては、同じ電圧や波形を持つパルスで駆動したときに送信される超音波の、エレメントごとの違いなどがある。 However, in the ultrasonic transmission dedicated CMUT element, there is a variation in capacitance or the like due to the semiconductor process, and therefore the transmission characteristics vary for each ultrasonic transmission dedicated CMUT element. When an ultrasonic beam is transmitted without taking this transmission characteristic variation into consideration, there is a problem that a desired transmission beam is not formed and the image quality of the acquired ultrasonic image is deteriorated. As an example of transmission characteristics, there is a difference for each element of ultrasonic waves transmitted when driven by pulses having the same voltage and waveform.
本発明は、上述の課題を鑑みてなされたものであり、CMUTエレメントの送信特性ばらつきを補正可能な被検体情報取得装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a subject information acquisition apparatus capable of correcting variation in transmission characteristics of CMUT elements.
本発明は以下の構成を採用する。すなわち、制御手段による制御を受けて送信用パルスと特性取得用パルスとを出力する出力手段と、
前記送信用パルスが入力されると、当該送信用パルスに対応した音響波を送信する複数の素子を含む、静電容量型トランスデューサからなる送信手段と、
前記送信手段の素子に前記特性取得用パルスが入力されたときに前記素子から出力される電流を電圧に変換する変換手段と、
前記変換手段から出力された信号に基づき、前記送信手段の素子の送信特性を取得する特性取得手段と、
前記送信手段から送信された音響波が被検体で反射した反射波を受信する受信手段と、
前記受信手段が受信した反射波に基づき前記被検体内部の被検体情報を生成する生成手
段と、
を有し、
前記制御手段は、前記送信手段から前記被検体に音響波を送信させる際に、前記特性取得手段が取得した前記送信特性の素子ごとの差異を減少させるように、前記出力手段を制御する
ことを特徴とする被検体情報取得装置である。
The present invention employs the following configuration. That is, an output unit that outputs a transmission pulse and a characteristic acquisition pulse under the control of the control unit;
When the transmission pulse is input, a transmission means including a capacitive transducer including a plurality of elements that transmit acoustic waves corresponding to the transmission pulse;
Conversion means for converting a current output from the element into a voltage when the characteristic acquisition pulse is input to the element of the transmission means;
Based on the signal output from the conversion means, characteristic acquisition means for acquiring the transmission characteristics of the elements of the transmission means;
Receiving means for receiving the reflected wave reflected by the subject with the acoustic wave transmitted from the transmitting means;
Generating means for generating subject information inside the subject based on the reflected wave received by the receiving means;
Have
The control means controls the output means so as to reduce a difference for each element of the transmission characteristics acquired by the characteristic acquisition means when an acoustic wave is transmitted from the transmission means to the subject. This is a characteristic object information acquisition apparatus.
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、複数の素子を含む静電容量型トランスデューサからなる送信手段と、音響波を受信する受信手段と、を有し、前記受信手段が受信した音響波に基づき被検体情報を取得する被検体情報取得装置の制御方法であって、
前記送信手段の素子の送信特性を取得する特性取得ステップ、および、被検体から被検体情報を取得する情報取得ステップを有しており、
前記特性取得ステップは、
前記送信手段の素子に特性取得用パルスを入力するステップと、
前記素子に前記特性取得用パルスが入力されたときに前記素子から出力される電流を電圧に変換するステップと、
前記電圧に変換された信号に基づき、前記送信手段の素子ごとの送信特性を取得するステップと、を含み、
前記情報取得ステップは、
前記被検体への音響波の送信の際に、前記送信特性の素子ごとの差異を減少させるように、前記送信手段に送信用パルスを出力するステップと、
前記送信手段が、前記送信用パルスに対応する音響波を送信するステップと、
前記受信手段が、前記送信手段から送信された音響波が被検体で反射した反射波を受信するステップと、
前記受信手段が受信した反射波に基づき前記被検体内部の被検体情報を生成するステップと、を含む
ことを特徴とする被検体情報取得装置の制御方法である。
The present invention also employs the following configuration. In other words, the subject information includes a transmission unit composed of a capacitive transducer including a plurality of elements and a reception unit that receives an acoustic wave, and acquires subject information based on the acoustic wave received by the reception unit. An acquisition device control method comprising:
A characteristic acquisition step of acquiring a transmission characteristic of an element of the transmission means, and an information acquisition step of acquiring subject information from the subject,
The characteristic acquisition step includes:
Inputting a characteristic acquisition pulse to the element of the transmission means;
Converting a current output from the element into a voltage when the characteristic acquisition pulse is input to the element;
Obtaining a transmission characteristic for each element of the transmission means based on the signal converted into the voltage,
The information acquisition step includes
A step of outputting a transmission pulse to the transmission means so as to reduce the difference between the elements of the transmission characteristics when transmitting acoustic waves to the subject;
The transmitting means transmitting an acoustic wave corresponding to the transmission pulse;
The receiving means receiving a reflected wave reflected by an object from an acoustic wave transmitted from the transmitting means;
And a step of generating subject information inside the subject based on the reflected wave received by the receiving means.
本発明によれば、CMUTエレメントの送信特性ばらつきを補正可能な被検体情報取得装置を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a subject information acquisition apparatus capable of correcting a transmission characteristic variation of a CMUT element.
以下に図面を参照しつつ、本発明の好適な実施の形態を説明する。ただし、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状及びそれらの相対配置などは、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、この発明の範囲を以下の記載に限定する趣旨のものではない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, and relative arrangements of the components described below should be changed as appropriate according to the configuration of the apparatus to which the invention is applied and various conditions. It is not intended to limit the following description.
本発明が適用される対象には、被検体に超音波等の音響波を送信し、被検体内部で反射し伝播した反射波(エコー波)を受信して、被検体情報を画像データとして取得する超音
波エコー技術を利用した装置が含まれる。
かかる装置の場合、取得される被検体情報とは、被検体内部の組織の音響インピーダンスの違いを反映した情報である。このような装置は被検体情報取得装置と呼ぶことができる。被検体情報取得装置により生成した被検体内部の画像は生体の診断に用いることが可能であるので、このような装置を超音波診断装置とも呼ぶことができる。
For objects to which the present invention is applied, an acoustic wave such as an ultrasonic wave is transmitted to the subject, a reflected wave (echo wave) reflected and propagated inside the subject is received, and subject information is acquired as image data. Devices using ultrasonic echo technology.
In the case of such an apparatus, the acquired object information is information reflecting the difference in acoustic impedance of the tissue inside the object. Such an apparatus can be called a subject information acquisition apparatus. Since the image inside the subject generated by the subject information acquiring apparatus can be used for living body diagnosis, such an apparatus can also be called an ultrasonic diagnostic apparatus.
本発明でいう音響波とは、典型的には超音波であり、音波、音響波と呼ばれる弾性波を含む。本発明の被検体情報取得装置は、CMUTエレメント(素子)を配置した探触子によって、被検体内に音響波を送信し、反射して伝播した音響波を受信する。 The acoustic wave referred to in the present invention is typically an ultrasonic wave and includes an elastic wave called a sound wave or an acoustic wave. The subject information acquisition apparatus of the present invention transmits an acoustic wave into the subject and receives the reflected and propagated acoustic wave by a probe having a CMUT element (element).
<第1の実施形態>
(本実施形態の装置構成)
図1Aは、本発明の実施形態に係る被検体情報取得装置1の構成を示す図である。
この被検体情報取得装置1は、探触子2、AD変換部3、受信ビーム成形装置4、信号処理部5、画像処理部6、画像表示部7、データメモリ制御回路8、重み付け係数供給回路9、制御用CPU10、超音波送信部11から構成される。
<First Embodiment>
(Device configuration of this embodiment)
FIG. 1A is a diagram showing a configuration of a subject
The object
超音波送信部11は、制御用CPU10等の制御に従って被検体の測定領域に超音波を送信する。被検体に送信された超音波の反射波である超音波信号は、探触子2によって受信される。
受信された超音波信号は、探触子2によってアナログ電気信号に変換され、さらにAD変換部3によってデジタル化される。デジタル化された受信信号は、受信ビーム成型装置4によって整相加算処理され、信号処理部5にてフィルタ処理・対数圧縮・包絡線検波等の処理を受ける。信号処理部では、扱う信号の性質に応じ適切な処理を施す。さらに信号処理部の出力データは、画像処理部6に入力され、画像生成に必要な複数の処理をされた後、画像データとなる。画像表示部7は、画像処理部6によって生成された画像データに従い超音波画像を表示する。制御用CPU10は、各ブロックをコントロールするのに必要なデータ、コントロール信号を供給する。
The
The received ultrasonic signal is converted into an analog electric signal by the
データメモリ制御回路8−1〜8−Nは、受信信号の遅延データを処理し、受信ビーム成形装置4中のデータメモリの受信データ書き込み、または読み出し制御をおこなう。なお、Nは受信ビーム成形装置4中に存在するデータメモリの数量を示す。重み付け係数供給回路9−1〜9−Nは、アポダイゼーション用の重み付けデータを処理し、受信ビーム成形装置4中の乗算器へ重み付け係数を供給する。なお、Nは、受信ビーム成形装置4中に存在する、アポダイゼーション用の乗算器の数量を示す。
The data memory control circuits 8-1 to 8 -N process the delay data of the reception signal, and perform reception data writing or reading control of the data memory in the reception
(従来の装置構成)
図1Bは、従来例におけるCMUTを用いた超音波診断装置の構成を示した図である。
探触子2は、CMUTエレメント21、スイッチ22、23、24、プリアンプ25各々K個から構成されている。超音波送信部11には送信波形出力用のパルサー26がM個と波形出力制御部30が存在する。AD変換部3には、N個のADコンバータ27が存在する。
(Conventional device configuration)
FIG. 1B is a diagram showing a configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus using a CMUT in a conventional example.
The
従来例において、CMUTを用いた超音波の送受信は次のように行われる。超音波送信の際は、探触子2中のスイッチ23をONにし、スイッチ22、24をOFFにする。制御用CPU10から供給される制御内容に従い、波形出力制御部30が波形データを所望のタイミングでパルサー26に入力する。波形データに従い、パルサー26から出力された送信電圧はCMUTエレメント21へ入力され、超音波が被検体へ送信される。
In the conventional example, transmission / reception of ultrasonic waves using CMUT is performed as follows. At the time of ultrasonic transmission, the
一方、超音波受信の際は、探触子2中のスイッチ23をOFFし、スイッチ22、24
をONにする。CMUTエレメント21で受信された超音波信号はプリアンプ25によってI−V変換され、ADコンバータ27へ入力される。ADコンバータ27においてデジタル化された受信データは受信ビーム成形装置4へ転送され、整相加算等の信号処理演算を施され、超音波画像データとなる。探触子2においては、CMUTエレメント21の数量Kと、超音波送信部11におけるパルサー26の数量M、AD変換部3におけるADコンバータ27の数量Nは各々違う場合があり得る。超音波の送信受信が適切になされるよう、接続切り替えスイッチ29にて接続状態は適宜変更される。このように、従来例においては、同一のCMUTエレメント21にて超音波の送信・受信を行うこととなる。
On the other hand, at the time of ultrasonic reception, the
Set to ON. The ultrasonic signal received by the
しかし、一般的に送信波形を出力する際には、CMUTエレメント21に数十ボルトの高電圧が印加されるため、CMUTエレメント21において受信感度に悪影響が出ることが懸念される。
そこで、送信専用のCMUTエレメントと受信専用のCMUTエレメントを設ける構成が提案されている。
However, in general, when a transmission waveform is output, since a high voltage of several tens of volts is applied to the
Therefore, a configuration has been proposed in which a CMUT element dedicated to transmission and a CMUT element dedicated to reception are provided.
(CMUTエレメントの構成)
図5は、CMUTの構成と駆動方法について、具体的に説明するための図である。CMUTは静電容量型トランスデューサとも言える。
図5はCMUTエレメント(素子)の断面、および、直流電圧印加手段105及び電流電圧変換手段102の模式図である。容量型のCMUTエレメントは、基板506上に下部電極505が形成され、下部電極505と間隙504(通常数10nm〜900nm)を挟んで上部電極502が配置されている。本実施形態では、振動膜501上に上部電極502が形成され、その振動膜501は、基板506上に形成された支持部503により支持されている。本発明においては、このように振動膜501と間隙504を挟んで対向した2つの電極を1組として、振動する最小単位をセルと呼ぶ。また、複数のセルが並列に電気的に接続された構成をエレメントと呼ぶ。ここでは、2つのセルで1つのエレメントを形成しているが、1つのセルで1つのエレメントを形成しても良いし、複数のセルを2次元アレイ状に接続しても良い。またエレメントも任意の数を設けることができ、2次元アレイ状に配置しても良い。電気機械変換装置であるCMUTは、通常、100〜3000個程度のセルを1エレメント(1画素)として、200〜4000程度のエレメントが2次元配列しており、CMUT自体は1〜10cm程度のサイズである。
(Composition of CMUT element)
FIG. 5 is a diagram for specifically explaining the configuration and driving method of the CMUT. CMUT can also be said to be a capacitive transducer.
FIG. 5 is a cross-sectional view of the CMUT element (element), and a schematic diagram of the DC voltage applying means 105 and the current /
上部電極としては、Al、Cr、Ti、Au、Pt、Cu、Ag、W、Mo、Ta、Niから選択される金属、AlSi、AlCu、AlTi、MoW、AlCrから選択される合金のうち少なくとも1種を選んで用いることができる。また、上部電極は振動膜の上面、裏面、内部のうち少なくとも一ヶ所に設けるか、もしくは振動膜を導電体又は半導体で形成する場合は振動膜自体が上部電極を兼ねる構造にすることも可能である。また、本発明に用いられる下部電極としては、上部電極と同様の金属を用いることができる。基板がシリコン等の半導体基板を用いている場合、基板が下部電極を兼ねてもよい。 As the upper electrode, at least one of a metal selected from Al, Cr, Ti, Au, Pt, Cu, Ag, W, Mo, Ta, and Ni, and an alloy selected from AlSi, AlCu, AlTi, MoW, and AlCr. You can choose a seed to use. Also, the upper electrode can be provided in at least one of the upper surface, the back surface, and the inside of the vibration film, or when the vibration film is formed of a conductor or semiconductor, the vibration film itself can also serve as the upper electrode. is there. Further, as the lower electrode used in the present invention, the same metal as that of the upper electrode can be used. When the substrate uses a semiconductor substrate such as silicon, the substrate may also serve as the lower electrode.
複数の上部電極502は全てが電気的に接続されており、それらは直流電圧印加手段105に接続されている。直流電圧印加手段105は、下部電極505との間に所望の電位差が発生するように、所定の直流電圧を上部電極502に一様に印加する。そして、振動膜501に音響波が入力されると、音響波の大きさに対応して、振動膜501が振動する。下部電極505には、振動膜501の振動により静電誘導が起こり、微小電流が発生する。下部電極505にエレメント(ここでは2つのセル)ごとに接続されている電流電圧変換手段102により、その電流値を電圧値に変換して取得することで、音響波の受信信号を電圧値としてエレメントごとに取り出すことができる。なお、上部電極502をエレメント毎に電気的に分離して電流電圧変換手段102を上部電極502に繋ぎ、下部電極505を全エレメント電気的に共通とし直流電圧印加手段105を下部電極505に繋い
でも、装置を構成することは可能である。また、上部電極502及び下部電極505ともにエレメント毎に電気的に分離してもよい。
なお、このCMUTエレメントは超音波の送受信いずれも可能である。送信用と受信用のエレメントを分離して設ける場合、両者を別々に設置した上で、送信用のエレメントには直流電圧印加手段を接続し、受信用のエレメントには電流電圧変換手段を接続する。
All of the plurality of
This CMUT element can transmit and receive ultrasonic waves. When the transmitting and receiving elements are provided separately, after both are installed separately, a DC voltage applying means is connected to the transmitting element, and a current-voltage converting means is connected to the receiving element. .
(本実施形態の詳細な装置構成)
図2Aは、本発明の第1の実施形態に係る探触子2、超音波送信部11、そしてAD変換部3を示す図である。探触子2において、超音波送信専用CMUTエレメント31と超音波受信専用CMUTエレメント32を設ける構成となっていることを前提としている。
探触子2は、K個のCMUTユニット38と、選択スイッチ39、送信特性評価用プリアンプ40から構成されている。さらに、CMUTユニット38は、超音波送信専用CMUTエレメント31、超音波受信専用CMUTエレメント32、スイッチ33、34、44、プリアンプ35、そしてデカップリングキャパシタ37から構成されている。
超音波送信部11には送信波形出力用のパルサー26がM個と波形出力制御部30、接続切り替えスイッチ41が存在する。AD変換部3には、N個のADコンバータ27、送信特性評価用のADコンバータ43、接続切り替えスイッチ42が存在する。
(Detailed apparatus configuration of this embodiment)
FIG. 2A is a diagram showing the
The
The
(超音波の送受信)
次に、本発明の第1の実施形態の動作を示す。
超音波送信の際は、CMUTユニット38中のスイッチ34をONにし、スイッチ33、44をOFFにする。制御用CPU10から供給される制御内容に従い、波形出力制御部30が波形データを所望のタイミングでパルサー26−1〜Mに入力する。波形データに従い、パルサー26−1〜Mから出力された送信電圧は超音波送信専用CMUTエレメント31へ入力され、超音波が被検体へ送信される。この送信電圧は、本発明の送信用パルスに相当する。
(Transmission and reception of ultrasonic waves)
Next, the operation of the first exemplary embodiment of the present invention will be described.
At the time of ultrasonic transmission, the switch 34 in the
一方、超音波受信の際は、超音波受信専用CMUTエレメント32で受信された超音波信号はプリアンプ35によって電流電圧変換され、ADコンバータ27−1〜Nへ入力される。超音波受信における超音波受信専用CMUTエレメント32の出力は微小な電流であるため、微小電流の変化を電圧に変換する電流電圧変換するためのプリアンプ35は構成要素として設けることが望ましい。ADコンバータ27−1〜Nにおいてデジタル化された受信データは受信ビーム成形装置4へ転送され、整相加算等の信号処理演算を施され、超音波画像データとなる。CMUTユニット38の数Kと、超音波送信部11におけるパルサー26の数M、AD変換部3におけるADコンバータ27の数Nが各々違う場合、超音波の送信受信が適切になされるよう、接続切り替えスイッチ41、42にて接続状態が適宜変更される。
On the other hand, at the time of ultrasonic reception, the ultrasonic signal received by the ultrasonic reception dedicated
(送信特性ばらつきの検出)
超音波送信専用CMUTエレメント31には、静電容量ばらつき等に起因する送信特性ばらつきが存在する。K個存在する超音波送信専用CMUTエレメント31の送信特性にばらつきが生じると、超音波送信が正常に行われないため、受信される超音波信号の状態に悪影響が生じ、ひいては取得された超音波画像の画質が低下する恐れがある。
そこで、本発明の第1の実施形態においては、超音波送信専用CMUTエレメント31の送信特性ばらつきを検出し、補正する。そのアプローチは以下のようになる。
(Detection of transmission characteristic variation)
The ultrasonic transmission dedicated
Therefore, in the first embodiment of the present invention, the transmission characteristic variation of the ultrasonic transmission dedicated
超音波送信専用CMUTエレメント31の送信特性ばらつきを検出・補正する場合には、スイッチ33、44をONにし、スイッチ34をOFFにする。制御用CPU10から供給される制御内容に従い、波形出力制御部30が送信特性ばらつき検出用の波形データを所望のタイミングでパルサー26−1〜Mに入力する。この波形データにより出力され
るパルスは、本発明の特性取得用パルスに相当する。
In order to detect and correct the transmission characteristic variation of the ultrasonic transmission dedicated
ここで、パルサーに入力される波形データについて述べる。
図2Bは、本発明の第1の実施形態における波形出力制御部30の構成を示した図である。波形出力制御部30は、パルサー26−1〜Mに供給する波形データを格納する波形メモリ50−1〜Mと、波形メモリ50−1〜Mへの波形データ書き込み、波形メモリ50−1〜Mからの波形データ出力を制御する波形メモリ制御回路51から構成される。超音波送信専用CMUTエレメント31が送信特性ばらつきを検出し、補正する際には、制御用CPU10から供給される制御内容に従い、波形メモリ制御回路51が波形メモリ50−1〜Mに送信特性ばらつき用の波形データを書き込む。そして、波形メモリ制御回路51の制御に従い、波形メモリ50−1〜Mが所望のタイミングで波形データをパルサー26−1〜Mに出力する。
Here, the waveform data input to the pulsar will be described.
FIG. 2B is a diagram illustrating a configuration of the waveform
送信特性ばらつき検出用の波形データは、通常の超音波送信用の波形とは異なり得る。超音波送信専用CMUTエレメント31のインパルス応答を確認できるパルスが入力できることが望ましい。例えば、超音波送信専用CMUTエレメント31から10MHz程度の超音波を送信することが想定される場合、パルス幅が50nsよりも狭いパルスを入力できることが望ましい。
また、送信特性ばらつき検出用には、波形データだけでなく、パルサー26−1〜Mの出力電圧も変更され得る。パルサーの出力電圧は、数V〜数十Vの範囲で、状況に応じて適切な電圧を設定すればよい。
The waveform data for detecting the transmission characteristic variation may be different from the waveform for normal ultrasonic transmission. It is desirable that a pulse capable of confirming the impulse response of the ultrasonic transmission dedicated
In addition, not only the waveform data but also the output voltages of the pulsers 26-1 to 26-M can be changed for detecting transmission characteristic variations. The output voltage of the pulsar may be set to an appropriate voltage depending on the situation in the range of several volts to several tens of volts.
選択スイッチ39は、K個存在する超音波送信専用CMUTエレメント31の中から送信特性ばらつき検出用の波形データを入力されたものを選択し、送信特性評価用プリアンプ40へ接続する。送信特性評価用プリアンプ40の出力は送信特性評価用のADコンバータ43へ入力され、送信特性評価用のADコンバータ43の出力は受信ビーム成形装置4へ入力される。
The
なお、送信特性評価用プリアンプ40は、1個だけ配置される方が望ましい。すなわち、1個の送信特性評価用プリアンプ40が、全ての超音波送信専用CMUTエレメント31に対して評価を行うことが望ましい。一般的には、送信特性評価用プリアンプ40にも特性のばらつきが生じる。よって、送信特性評価用プリアンプ40を複数設けた場合、超音波送信専用CMUTエレメント31の特性評価内容にばらつきが出てしまう恐れがある。本発明の実施形態のように、1個の送信特性評価用プリアンプ40で全ての超音波送信専用CMUTエレメント31を評価する手法を用いると、超音波送信専用CMUTエレメント31の特性内容の信頼性が向上する。また、送信特性評価用プリアンプ40は1個で良いので、回路規模をさほど増大させずに、超音波送信専用CMUTエレメント31を評価できるというメリットもある。
It is desirable that only one transmission
図2Cは、本発明の第1の実施形態における受信ビーム成形装置4とその周辺回路を示す図である。ここでは、Nchの受信ビーム成形装置4において、整相加算する構成を例とする。
この受信ビーム成型装置4は、データメモリ14−1〜14−N、アポダイゼーション用の乗算器15−1〜15−N、そして加算回路13を有する。
受信ビーム成型装置4においては、必ずしも整相加算を行わなければならないものではない。データメモリ14−1〜14−Nに保存されたデータをそのまま上位CPUによって直接処理し、画像データを生成する構成としても良い(図示せず)。
FIG. 2C is a diagram showing the reception
The reception
In the receiving
AD変換部3によってデジタル化された受信信号は、まずデータメモリ14に取り込まれる。データメモリ制御回路8は、被検体の測定領域内のターゲットピクセルまたはター
ゲットボクセル座標に基づき、ターゲットピクセルまたはターゲットボクセル由来の受信デジタルデータが保存されているデータメモリアドレスをデータメモリ14に供給する。被検体の測定領域内のターゲットピクセルまたはターゲットボクセル由来の受信デジタルデータは、データメモリ制御回路8が出力したデータメモリアドレスに従ってデータメモリ14より読み出され、受信ビーム成型装置4中の乗算器15に出力される。
The reception signal digitized by the
重み付け係数供給回路9は、被検体の測定領域内のターゲットピクセルまたはターゲットボクセル座標に基づき、ターゲットピクセルまたはターゲットボクセルに最適な窓関数重み係数を乗算器15に供給する。データメモリ14から出力された受信デジタル信号は、アポダイゼーションのため、チャンネル毎に重み付け係数供給回路9が算出した窓関数重み係数を付され、加算回路13へ出力される。こうして、最終的にNch分の整相加算が完了する。
The weighting coefficient supply circuit 9 supplies the
データメモリ14−(N+1)は、送信特性ばらつき検出用のメモリである。送信特性評価用のADコンバータ43の出力は、データメモリ14−(N+1)に入力される。データメモリ14−(N+1)に入力されるデータは、送信特性ばらつき検出用の波形データに対する超音波送信専用CMUTエレメント31の応答を示すものである。
The data memory 14- (N + 1) is a memory for detecting transmission characteristic variations. The output of the
(送信特性の補正)
このような処理をK回繰り返し、K個存在する超音波送信専用CMUTエレメント31の全てに対して、送信特性ばらつき検出用波形への応答データを取得する。取得されたデータは、波形データ解析部によってスペクトルや強度等を解析され、超音波送信専用CMUTエレメント31の特性が評価される。波形データ解析部は、制御用CPU10、もしくは図示しない他の上位CPU、もしくは図示しない被検体情報取得装置1中の応答信号解析ユニットにあたる部分である。かかる処理を行うときの制御用CPU等は、本発明の特性取得手段に相当すると言える。制御用CPU等は同時に、本発明の制御手段に相当する。
(Correction of transmission characteristics)
Such processing is repeated K times, and response data to the transmission characteristic variation detection waveform is acquired for all of the K ultrasonic transmission dedicated
その上で、超音波送信専用CMUTエレメント31の特性に応じ、すべての超音波送信専用CMUTエレメント31の送信特性が揃うように、波形出力制御部30が各超音波送信専用CMUTエレメント31に対応した送信波形データの補正を行う。すなわち、CMUTエレメント間の送信特性の差異を減少させる。補正する項目は、送信波の波長、波数、デューティー比、そしてパルサー出力電圧である。補正された送信波形データは、波形メモリ50−1〜Mに格納され、超音波画像撮像時の超音波送信に用いられる。
In addition, the waveform
(発明のメリット)
本発明の実施形態のように、超音波送信専用CMUTエレメント31の全てに対して、インパルス応答を確認できるパルス、すなわち送信特性ばらつき検出用波形を入力し、それへの応答データを取得する方式のメリットは2点挙げられる。
一つ目は、超音波送信専用CMUTエレメント31のインパルス応答を解析することで、広い周波数帯域の特性を評価できるという点である。CMUTエレメント31の特性を評価するために、違う周波数特性を持つ複数の波形を入力し、各々の波形に対するCMUTエレメント31の特性を評価する手法も考えられるが、本発明の実施形態よりも煩雑な手順が必要となる。
二つ目は、超音波診断装置で超音波送信に用いているパルサーを送信特性ばらつき検出用波形の入力に流用できるため、回路規模をさほど増大させることなくCMUTエレメント31の特性を評価できるということである。
(Merit of the invention)
As in the embodiment of the present invention, a pulse for confirming an impulse response, that is, a waveform for detecting a transmission characteristic variation, is input to all of the ultrasonic transmission dedicated
The first is that characteristics of a wide frequency band can be evaluated by analyzing the impulse response of the
Second, since the pulser used for ultrasonic transmission in the ultrasonic diagnostic apparatus can be used for inputting the transmission characteristic variation detection waveform, the characteristic of the
(処理のフロー)
図3は、超音波送信専用CMUTエレメント31の送信特性ばらつき検出と補正のフロ
ーチャートである。
S0にて、送信特性ばらつき検出と補正のモードがスタートする。
S1において、制御用CPU10の制御にもとづき、波形出力制御部30の波形メモリ制御回路51が、波形メモリ50−1〜Mに送信特性ばらつき検出用の波形データを入力する。加えて、必要の応じ、パルサー26−1〜Mの出力電圧を変更する。
(Processing flow)
FIG. 3 is a flowchart of transmission characteristic variation detection and correction of the ultrasonic transmission dedicated
At S0, a transmission characteristic variation detection and correction mode starts.
In S1, based on the control of the
続いてエレメントごとの処理に移行する。
S2において、選択スイッチ39は、K個存在する超音波送信専用CMUTエレメント31の中から、送信特性ばらつき検出を行う超音波送信専用CMUTエレメント31を1つ選択し、送信特性評価用プリアンプ40へ接続する。
S3において、波形出力制御部30の波形メモリ制御回路51が、波形メモリ50−1〜Mのうち、送信特性ばらつき検出を行う超音波送信専用CMUTエレメント31に接続されている波形メモリ50から送信特性ばらつき検出用の波形データを出力する。波形データにより駆動されたパルサー26は、選択された超音波送信専用CMUTエレメント31へパルスを出力し、その応答信号が選択スイッチ39、送信特性評価用プリアンプ40を経由し、送信特性評価用のADコンバータ43へ入力される。送信特性評価用のADコンバータ43は応答信号をデジタルデータ化し、送信特性ばらつき検出用のデータメモリ14−(N+1)へ転送する。
Subsequently, the process proceeds to each element.
In S2, the
In S <b> 3, the waveform
S4において、データメモリ14−(N+1)は制御用CPU10、もしくは図示しない他の上位CPU、もしくは図示しない被検体情報取得装置1中の応答信号解析ユニットへ応答信号データを転送する。
S5において、K個存在する超音波送信専用CMUTエレメント31全てのエレメントの送信特性ばらつき検出を完了していない場合、S2へもどって未選択の超音波送信専用CMUTエレメント31を選択し、S3、S4のプロセスを実行する。このようにS2〜S5のプロセスをK個存在する超音波送信専用CMUTエレメント31全てのエレメントの送信特性ばらつき検出を完了するまで繰り返す。K個存在する超音波送信専用CMUTエレメント31における全てのエレメントの送信特性ばらつき検出を完了したら、S6に移行する。
In S4, the data memory 14- (N + 1) transfers the response signal data to the
In S5, when the transmission characteristic variation detection of all K ultrasonic transmission dedicated
S6では、制御用CPU10、もしくは図示しない他の上位CPU、もしくは図示しない被検体情報取得装置1中の応答信号解析ユニットがK個存在する超音波送信専用CMUTエレメント31全てに対応する応答信号データを解析する。例えば、S6においては応答信号の振幅を測定することで応答信号の強度に関する情報を得る。また、応答信号をFFT解析(高速フーリエ変換)することで、CMUTエレメント31の周波数特性を得る。
In S6, response signal data corresponding to all the ultrasonic transmission dedicated
S7では、S6での解析結果より、K個存在する超音波送信専用CMUTエレメント31の送信特性がそろうように送信波形データの補正を行う。送信波形データの補正は、制御用CPU10、もしくは図示しない他の上位CPU、もしくは図示しない被検体情報取得装置1中の応答信号解析ユニットのいずれで行ってもよい。補正する送信波形データ項目は、送信波の波長、波数、デューティー比、そしてパルサー出力電圧である。
例えば、S6において、応答信号の強度をユーザーの想定する強度たる所定の値と比較した結果、ずれがある場合、S7においてパルサー出力電圧を調整する。そして、応答信号の強度をユーザーの想定する値へと合わせこむ、もしくは送信波の波数を変更する、といった処理を行う。
また、S6におけるFFT解析の結果、K個のCMUTエレメント31の周波数特性にばらつきがあった場合、S7においてK個のCMUTエレメント31のうち、なるべく多くのCMUTエレメント31に共通する周波数帯域を特定する。その上で、送信波の周波数がその周波数帯域に合うように送信波形データの波長、デューティー比を調整すること
で、CMUTエレメント31の送信特性ばらつきを最小化する、といった処理を行うことも可能である。
ただし、S6、S7における応答信号の解析項目、補正手段はこの限りではない。
補正された送信波形データは、波形出力制御部30の波形メモリ制御回路51によって波形メモリ50−1〜Mに格納され、超音波画像撮像時の超音波送信に用いられる。
In S7, the transmission waveform data is corrected so that the transmission characteristics of the K
For example, in S6, if there is a deviation as a result of comparing the intensity of the response signal with a predetermined value as the intensity assumed by the user, the pulsar output voltage is adjusted in S7. Then, processing such as matching the strength of the response signal to a value assumed by the user or changing the wave number of the transmission wave is performed.
If the frequency characteristics of the
However, the response signal analysis items and correction means in S6 and S7 are not limited to this.
The corrected transmission waveform data is stored in the waveform memories 50-1 to 50-M by the waveform
送信波形データの補正が終了したら、S8にて送信特性ばらつき検出と補正のモードが終了する。
送信特性ばらつき検出と補正の結果、K個存在する超音波送信専用CMUTエレメント31の送信特性ばらつきが抑えられ、結果として探触子2の超音波送信も良好な状態で行うことができる。
When the correction of the transmission waveform data is completed, the transmission characteristic variation detection and correction mode ends in S8.
As a result of the detection and correction of the transmission characteristic variation, the transmission characteristic variation of the K ultrasonic transmission dedicated
なお、図3においては、S4で超音波送信専用CMUTエレメント31の応答信号データを1エレメント毎に制御用CPU10、もしくは図示しない他の上位CPU、もしくは図示しない被検体情報取得装置1中の応答信号解析ユニットに転送している。しかし、必ずしもこのようなシーケンスである必要はない。データメモリ14−(N+1)にK個存在する超音波送信専用CMUTエレメント31全ての応答信号データを保存しても良い。この場合、制御用CPU10、もしくは図示しない他の上位CPU、もしくは図示しない被検体情報取得装置1中の応答信号解析ユニットに対し、K個存在する超音波送信専用CMUTエレメント31全ての応答信号データをまとめて転送することとなる。
In FIG. 3, in S4, the response signal data of the ultrasonic transmission dedicated
このように本発明の第1の実施形態によれば、煩雑な手法によらず、加えて回路規模を大きく増大させることなく超音波送信専用CMUTエレメント31の送信特性ばらつきを補正し、探触子2の超音波ビーム送信を良好な状態で行える。ひいては、取得する超音波画像の画質を向上することができる。
As described above, according to the first embodiment of the present invention, the transmission characteristic variation of the ultrasonic transmission-
<第2の実施形態>
図4は、本発明の第2の実施形態に係る探触子2、超音波送信部11、そしてADコンバータ3を示す図である。探触子2において、超音波送信専用CMUTエレメント31と超音波受信専用CMUTエレメント32を設ける構成となっていることを前提としている。
第2の実施形態では、送信特性評価用プリアンプ40が、選択スイッチ45を介してADコンバータ27−Nに接続されている点が第1の実施形態と異なる。
第2の実施形態では、送信特性ばらつき検出と補正のモードにおいて、ADコンバータ27−Nを用いて応答信号をデジタルデータ化し、データメモリ14−Nに転送する。データメモリ14−Nは制御用CPU10、もしくは図示しない他の上位CPU、もしくは図示しない被検体情報取得装置1中の応答信号解析ユニットへ応答信号データを転送する。本発明の第2の実施形態においても、送信特性ばらつき検出と補正のモードにおける一連のシーケンスは、本発明の第1の実施形態の場合と同様である。
なお、送信特性評価用プリアンプ40は選択スイッチ45を介してADコンバータ27−1〜Nのうち、必ずしもADコンバータ27−Nに接続せねばならないものではない。ADコンバータ27−1〜Nのいずれか一つに接続されれば良い。
<Second Embodiment>
FIG. 4 is a diagram showing the
The second embodiment is different from the first embodiment in that the transmission
In the second embodiment, in the transmission characteristic variation detection and correction mode, the response signal is converted into digital data using the AD converter 27-N and transferred to the data memory 14-N. The data memory 14 -N transfers the response signal data to the
Note that the transmission
このように、本発明の第2の実施形態によれば、AD変換部3や受信ビーム成型装置4において、ADコンバータやデータメモリを増設することなく、加えて煩雑な手法によらずに超音波送信専用CMUTエレメント31の送信特性ばらつきを補正できる。それにより、探触子2の超音波送信を良好な状態で行えるため、取得する超音波画像の画質を向上することができる。
As described above, according to the second embodiment of the present invention, in the
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態はあらゆる点で単なる
例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。
As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described, embodiment mentioned above is only a mere illustration in all the points, and does not limit the scope of the present invention.
2:探触子,3:AD変換部,4:受信ビーム成形装置,5:信号処理部,6:画像処理部,10:制御用CPU,11:超音波送信部 2: probe, 3: AD conversion unit, 4: reception beam shaping device, 5: signal processing unit, 6: image processing unit, 10: control CPU, 11: ultrasonic transmission unit
Claims (5)
前記送信用パルスが入力されると、当該送信用パルスに対応した音響波を送信する複数の素子を含む、静電容量型トランスデューサからなる送信手段と、
前記送信手段の素子に前記特性取得用パルスが入力されたときに前記素子から出力される電流を電圧に変換する変換手段と、
前記変換手段から出力された信号に基づき、前記送信手段の素子の送信特性を取得する特性取得手段と、
前記送信手段から送信された音響波が被検体で反射した反射波を受信する受信手段と、
前記受信手段が受信した反射波に基づき前記被検体内部の被検体情報を生成する生成手段と、
を有し、
前記制御手段は、前記送信手段から前記被検体に音響波を送信させる際に、前記特性取得手段が取得した前記送信特性の素子ごとの差異を減少させるように、前記出力手段を制御する
ことを特徴とする被検体情報取得装置。 An output means for outputting a transmission pulse and a characteristic acquisition pulse under the control of the control means;
When the transmission pulse is input, a transmission means including a capacitive transducer including a plurality of elements that transmit acoustic waves corresponding to the transmission pulse;
Conversion means for converting a current output from the element into a voltage when the characteristic acquisition pulse is input to the element of the transmission means;
Based on the signal output from the conversion means, characteristic acquisition means for acquiring the transmission characteristics of the elements of the transmission means;
Receiving means for receiving the reflected wave reflected by the subject with the acoustic wave transmitted from the transmitting means;
Generating means for generating subject information inside the subject based on the reflected wave received by the receiving means;
Have
The control means controls the output means so as to reduce a difference for each element of the transmission characteristics acquired by the characteristic acquisition means when an acoustic wave is transmitted from the transmission means to the subject. Characteristic object information acquisition apparatus.
ことを特徴とする請求項1に記載の被検体情報取得装置。 The object information acquiring apparatus according to claim 1, wherein the characteristic acquisition unit acquires the transmission characteristic by comparing an amplitude of a signal output from the conversion unit with a predetermined value.
ことを特徴とする請求項2に記載の被検体情報取得装置。 3. The control unit according to claim 2, wherein the control unit adjusts an output voltage when outputting a transmission pulse from the output unit so that an amplitude of a signal output from the conversion unit becomes a predetermined value. The subject information acquisition apparatus described.
ことを特徴とする請求項1に記載の被検体情報取得装置。 The characteristic acquisition unit acquires the transmission characteristic by performing Fourier transform on a signal output from the conversion unit when the characteristic acquisition pulse is input to each of the plurality of elements. The subject information acquiring apparatus according to claim 1.
前記送信手段の素子の送信特性を取得する特性取得ステップ、および、被検体から被検体情報を取得する情報取得ステップを有しており、
前記特性取得ステップは、
前記送信手段の素子に特性取得用パルスを入力するステップと、
前記素子に前記特性取得用パルスが入力されたときに前記素子から出力される電流を電圧に変換するステップと、
前記電圧に変換された信号に基づき、前記送信手段の素子ごとの送信特性を取得するステップと、を含み、
前記情報取得ステップは、
前記被検体への音響波の送信の際に、前記送信特性の素子ごとの差異を減少させるように、前記送信手段に送信用パルスを出力するステップと、
前記送信手段が、前記送信用パルスに対応する音響波を送信するステップと、
前記受信手段が、前記送信手段から送信された音響波が被検体で反射した反射波を受信するステップと、
前記受信手段が受信した反射波に基づき前記被検体内部の被検体情報を生成するステ
ップと、を含む
ことを特徴とする被検体情報取得装置の制御方法。 A subject information acquisition apparatus that includes a transmission unit including a capacitive transducer including a plurality of elements and a reception unit that receives an acoustic wave, and acquires subject information based on the acoustic wave received by the reception unit. Control method,
A characteristic acquisition step of acquiring a transmission characteristic of an element of the transmission means, and an information acquisition step of acquiring subject information from the subject,
The characteristic acquisition step includes:
Inputting a characteristic acquisition pulse to the element of the transmission means;
Converting a current output from the element into a voltage when the characteristic acquisition pulse is input to the element;
Obtaining a transmission characteristic for each element of the transmission means based on the signal converted into the voltage,
The information acquisition step includes
A step of outputting a transmission pulse to the transmission means so as to reduce the difference between the elements of the transmission characteristics when transmitting acoustic waves to the subject;
The transmitting means transmitting an acoustic wave corresponding to the transmission pulse;
The receiving means receiving a reflected wave reflected by an object from an acoustic wave transmitted from the transmitting means;
And a step of generating subject information inside the subject based on the reflected wave received by the receiving means.
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