JP3717464B2

JP3717464B2 - Ultrasonic diagnostic equipment

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Publication number: JP3717464B2
Application number: JP2002197433A
Authority: JP
Inventors: 隆夫鈴木; 森緒西垣
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-07-05
Filing date: 2002-07-05
Publication date: 2005-11-16
Anticipated expiration: 2022-07-05
Also published as: JP2004033616A

Description

【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、生体または造影剤の非線形現象により発生する高調波成分を利用して画像化を行なう超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波診断装置は、探触子から超音波を被検体に照射し、そのエコー信号の強度を、対応する画素の輝度に変換することで、被検体の断層画像を得る装置である。図23に、従来の一般的な電子走査型の超音波診断装置の機能ブロック図を示す。図23を参照しながら、従来の超音波診断装置の構成と動作を説明する。制御部53は、超音波診断装置全体をコントロールしている。送信部50は、送信制御部52と駆動回路51からなり、制御部53の指示を受けて、電子走査探触子１を駆動する送信駆動波形を発生する。送信制御部52は、超音波が、定められた位置／方向に収束／偏向するように、個々の振動子を駆動するタイミング信号を発生する。駆動回路51は、そのタイミングに従って、振動子を駆動する送信駆動波形を発生する。送受スイッチ群９は、送受信に使用する振動子を、振動子アレイ18から選択する。
【０００３】
電子走査探触子１は、振動子アレイ18を含み、超音波を送受信する。振動子アレイ18は、送信部50からの送信駆動波形を超音波に変換して照射するとともに、反射してきた超音波エコーを電気信号に変換する。受信部３は、増幅器13とビームフォーマ14からなる。増幅器13は、振動子アレイ18のそれぞれの振動子で受信した受信信号を増幅する。ビームフォーマ14は、それぞれの受信信号に対して、定められた遅延を与えた後加算して、定められた位置／方向からの超音波のみを検出する。一般的に、増幅器13は、フォーカス部の深度や受信方向に応じて増幅率を変える。
【０００４】
中間信号処理部４は、バンドパスフィルタ15と対数増幅器16と検波器17からなる。バンドパスフィルタ15は、受信深度や受信方向に応じて、中心周波数と帯域幅を変えることができ、受信信号の特性に合わせたフィルタリングを行なうことで、最良の分解能とＳＮ比が得られるようにしている。対数増幅器16は、受信信号のダイナミックレンジを圧縮する。検波器17は、受信信号を検波して、受信信号の強度を輝度に変換する。DSC部５は、探触子からの距離と方向（つまり極座標）で表される受信信号をＸＹ座標に変換する。モニタ６に、断層画像を表示する。
【０００５】
図24に、リニア走査を行なう電子走査型超音波診断装置の送受信部周辺の詳細な構成を示す。送受スイッチ群９は、振動子26-１〜26-ｎと同数のスイッチ27-１〜27-ｎで構成され、振動子アレイ18から振動子を選択して、超音波走査線の基点を決定する。例えば、スイッチ27-１〜27-４を選択すると、超音波走査線の基点は、振動子26-２と26-３の間に設定される。スイッチ27-２〜27-５を選択すると、超音波走査線の基点は、振動子26-３と26-４の間に設定される。このように、スイッチを順次切り換えていくことで、被検体内を２次元的に走査する。
【０００６】
駆動回路51としては、図25〜図27に示すような駆動回路が一般的に用いられる。図25に示す駆動回路は、送信制御部12からのタイミング信号を開始トリガとして、波形メモリ30に記憶された波形を、DAC31でディジタル信号からアナログ波形に変換し、線形増幅器32で増幅して、振動子を駆動するものである。この方式では、任意の送信駆動波形で振動子を駆動することができ、特性のよい超音波を送信できるが、回路規模が大きく、かつ効率が悪いといったデメリットがあるため、高級機のみに用いられている。
【０００７】
図26に示す駆動回路は、送信制御部12からのタイミング信号に従って、電源とグランドのいずれかに接続するスイッチング動作をして、２値パルス波形を発生し、振動子を駆動するものである。この方式は、駆動回路がシンプルで効率もよいため、多くの装置に用いられている。図27に示す駆動回路も同様であるが、正電源か負電源かグランドのいずれかに接続するスイッチング動作をして、３値パルス波形を発生し、振動子を駆動するものである。図26に示す駆動回路と比べて、制御線が２本必要であるが、周波数特性の良い送信駆動波形が得られる。
【０００８】
ところで、近年、生体または造影剤の非線形現象により発生する高調波を利用して、より高い分解能を持つ画像を得る方法が開発されている。高調波を検出する方法としては、フィルタ法、位相反転法、振幅変調法の３種類がある。フィルタ法は、高調波を抑圧した超音波を送信し、受信信号をハイパスフィルタ処理して、高調波成分を検出するものである。この方法では、送信波形にもともと含まれる高調波成分を、いかにして抑圧するかがポイントである。特開平11-347030号公報や特開2001-610065号公報に開示されている方法によれば、ガウシアン波形をパルス幅変調することで、この問題を解決している。しかし、この方法では、パルスの幅を精密に制御しなければ、十分な効果が得られないうえ、送信波形に含まれる高調波を、完全には抑圧できないという問題がある。
【０００９】
位相反転法は、位相の反転した２種類の送信波形を用いて２回の送信を行ない、受信信号を加算して高調波成分を検出するものである。２回の送信波形に含まれる基本周波数成分は、すべて位相が反転しているのに対し、生体の非線形現象により発生した第２高調波は、位相がそろっているため、加算により、生体内で発生した第２高調波のみを検出できる。図28に、この方法を用いた超音波診断装置の構成を示す。図28に示す装置では、ビームフォーマ14と中間信号処理部４の間に、１音響線分の受信信号を記憶できる波形メモリ65と、加算部66を設けている。このような装置では、第１回目の送受信により得られた受信信号を波形メモリ65に記憶し、位相を反転して送信を行なった第２回目の受信信号とタイミングを合わせて加算する。したがって、駆動回路は、図25に示すような、任意の波形を発生できる回路や、図27に示すような、３値パルス波形を発生できる回路に限られ、図26に示すような、２値パルス波形を発生する回路を用いることはできなかった。
【００１０】
振幅変調法は、生体内で発生する高調波の発生率が、送信振幅の２乗に比例することを利用する方法である。振幅の異なる２回の送受信で得られた受信信号を、送信振幅に応じてゲイン補正を行なった後、減算する。この方法では、２値の送信駆動波形を用いることができるが、送信パルスの振幅を、２回の送信で変える必要がある。そのために、特開2001-353155号公報に開示された装置では、２つの駆動回路を用いている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の高調波イメージング超音波診断装置では、通常モードで使用する駆動回路とは別に、３値パルス波形を発生する駆動回路を必要とするために、コストアップとなるという問題があった。
【００１２】
本発明の目的は、上記従来の問題を解決して、生体または造影剤の非線形現象により発生する高調波成分を利用して画像化を行なう超音波診断装置において、位相反転法を２値の送信駆動パルスを用いて実現することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明では、反射超音波撮像方法を、ローレベルから始まりハイレベルで終わる第１の２値信号で探触子の振動子を駆動して第１回目の超音波を送信し、反射してきた超音波を受信して第１受信信号として記憶し、第２回目の超音波の送信において、ハイレベルから始まりローレベルで終わる第２の２値信号で前記探触子の振動子を駆動して第２回目の超音波を送信し、反射してきた超音波を受信して第２受信信号とし、第１受信信号と第２受信信号とを、第１回目の超音波と第２回目の超音波とが互いに逆位相となる時間関係でタイミングを合わせて加算し、加算後の受信信号を用いて画像を生成する方法としたので、２値の送信駆動波形を用いても、位相の反転した２種類の超音波を送信でき、それらの受信信号を加算することにより、高調波成分を検出できる。
【００１４】
また、超音波診断装置を、複数の振動子から構成される電子走査型探触子と、出力をハイレベルおよびローレベルのいずれにも保持できる送信駆動回路と、１音響線分の受信信号を記憶できる波形メモリと、波形メモリに記憶された受信信号と電子走査型探触子からの受信信号とを、第１回目の超音波と第２回目の超音波とが互いに逆位相となる時間関係でタイミングを合わせて加算する加算器と、加算した受信信号から画像を生成する手段と、送信駆動回路を制御して、第１回目の超音波の送信において、ローレベルから始まりハイレベルで終わる第１の送信駆動信号を発生させ、第２回目の超音波の送信において、ハイレベルから始まりローレベルで終わる第２の送信駆動信号を発生させる制御手段とを具備する構成としたので、２値の送信駆動波形を用いても、位相の反転した２種類の超音波を送信でき、それらの受信信号を加算することにより、高調波成分を検出できる。
【００１５】
また、超音波診断装置を、振動子を機械走査機構によって回転または揺動走査する機械走査型探触子と、出力をハイレベルおよびローレベルのいずれにも保持できる送信駆動回路と、１画像フレーム分の受信信号を記憶できる波形メモリと、波形メモリに記憶された受信信号と機械走査型探触子からの受信信号とを走査線番号対応に、第１フレームの超音波と第２フレームの超音波とが互いに逆位相となる時間関係でタイミングを合わせて加算する加算器と、加算した受信信号から画像を生成する手段と、送信駆動回路を制御して、第１フレームの奇数番号の音響走査線と第２フレームの偶数番号の音響走査線の超音波の送信において、ローレベルから始まりハイレベルで終わる第１の送信駆動信号を発生させ、第２フレームの奇数番号の音響走査線と第１フレームの偶数番号の音響走査線の超音波の送信において、ハイレベルから始まりローレベルで終わる第２の送信駆動信号を発生させる制御手段とを具備する構成としたので、機械走査型超音波診断装置において、２値の送信駆動波形を用いても、位相の反転した２種類の超音波を送信でき、それらの受信信号を加算することにより、高調波成分を検出できる。
【００１６】
また、反射超音波撮像方法を、各振動子を正の２値パルスか半周期遅れた負の２値パルスかのいずれかで駆動して第１回目の超音波を送信し、反射してきた超音波を受信して第１受信信号として記憶し、第２回目の超音波の送信において、第１回目で正の２値パルスで駆動した振動子を負の２値パルスで駆動し、第１回目で半周期遅れた負の２値パルスで駆動した振動子を半周期遅れた正の２値パルスで駆動して第２回目の超音波を送信し、反射してきた超音波を受信して第２受信信号とし、第１受信信号と第２受信信号とを、第１回目の超音波と第２回目の超音波とが互いに逆位相となる時間関係でタイミングを合わせて加算し、加算後の受信信号を用いて画像を生成する方法としたので、正負の２種類の２値パルスを組み合わせて、位相の反転した２種類の送信波形を送信でき、各受信信号を加算することにより高調波成分を検出できる。
【００１７】
また、正の２値パルスで駆動する振動子の位置と、半周期遅れた負の２値パルスで駆動する振動子の位置を、開口中心に対して対称としたので、超音波の進行方向に対して対称な、特性のよい超音波を被検体に照射できる。
【００１８】
また、正の２値パルスで駆動する振動子の数と、半周期遅れた負の２値パルスで駆動する振動子の数を同数としたので、駆動回路を最小限の数とし、効率よく使用できる。
【００１９】
また、正の２値パルスで駆動する振動子と、半周期遅れた負の２値パルスで駆動する振動子が、開口中心の片側を単位とする振動子群の中で交互に配置されているようにしたので、サイドローブがより少ない、特性のよい超音波を被検体に照射できるとともに、振動子を駆動する駆動回路を選択するスイッチを簡略化できる。
【００２０】
また、超音波診断装置を、複数の振動子から構成される電子走査型探触子と、正の２値パルスを発生する第１送信駆動回路と、負の２値パルスを発生する第２送信駆動回路と、電子走査型探触子と第１送信駆動回路の間と電子走査型探触子と第２送信駆動回路の間とに設けられた位相選択スイッチ群と、第１送信駆動回路と第２送信駆動回路と位相選択スイッチ群とを制御して第１回目の超音波の送信と第２回目の超音波の送信とを行なうように制御する制御部と、第１回目の超音波の送信後に電子走査型探触子で受信した１音響線分の反射超音波信号を第１受信信号として記憶する波形メモリと、第２回目の超音波の送信後に電子走査型探触子で受信した反射超音波信号である第２受信信号と第１受信信号とを、第１回目の超音波と第２回目の超音波とが互いに逆位相となる時間関係でタイミングを合わせて加算して加算受信信号を出力する加算器と、加算受信信号から画像を生成する手段とを具備し、制御部に、第１回目の超音波の送信において各振動子に正の２値パルスか半周期遅れた負の２値パルスかのいずれかを選択的に印加して駆動するように制御する手段と、第２回目の超音波の送信において第１回目で正の２値パルスを印加した振動子を負の２値パルスで駆動するとともに第１回目で半周期遅れた負の２値パルスを印加した振動子を半周期遅れた正の２値パルスで駆動するように制御する手段とを備えた構成としたので、正負の２種類の２値パルスを組み合わせて、位相の反転した２種類の送信波形を送信し、それらを加算することにより高調波成分を検出でき、その高調波成分を用いて画像を作成できる。
【００２１】
また、超音波診断装置を、複数の振動子から構成される電子走査型探触子と、正の２値パルスを発生する第１送信駆動回路と、負の２値パルスを発生する第２送信駆動回路と、電子走査型探触子と第１送信駆動回路の間と電子走査型探触子と第２送信駆動回路の間とに設けられたクロスポイントスイッチと、第１送信駆動回路と第２送信駆動回路とクロスポイントスイッチとを制御して第１回目の超音波の送信と第２回目の超音波の送信とを行なうように制御する制御部と、第１回目の超音波の送信後に電子走査型探触子で受信した１音響線分の反射超音波信号を第１受信信号として記憶する波形メモリと、第２回目の超音波の送信後に電子走査型探触子で受信した反射超音波信号である第２受信信号と第１受信信号とを、第１回目の超音波と第２回目の超音波とが互いに逆位相となる時間関係でタイミングを合わせて加算して加算受信信号を出力する加算器と、加算受信信号から画像を生成する手段とを具備し、制御部に、第１回目の超音波の送信において各振動子に正の２値パルスか半周期遅れた負の２値パルスかのいずれかを選択的に印加して駆動するように制御する手段と、第２回目の超音波の送信において第１回目で正の２値パルスを印加した振動子を負の２値パルスで駆動するとともに第１回目で半周期遅れた負の２値パルスを印加した振動子を半周期遅れた正の２値パルスで駆動するように制御する手段とを備えた構成としたので、より少ない駆動回路で、正負の２種類の２値パルスを組み合わせて、位相の反転した２種類の送信波形を送信し、それらを加算することにより高調波成分を検出でき、その高調波成分を用いて画像を作成できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図22を参照しながら詳細に説明する。
【００２３】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態は、第１回目の超音波送信において、ローレベルから始まりハイレベルで終わる２値パルスで振動子を駆動し、反射超音波を受信して記憶し、第２回目の超音波送信において、ハイレベルから始まりローレベルで終わる２値パルスで振動子を駆動し、反射超音波を受信して、記憶してある受信信号とタイミングを合わせて加算し、画像を形成して表示する超音波診断装置である。
【００２４】
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動作説明図である。図２は、超音波診断装置の送信駆動波形と送信波形を示す図である。図３は、電子走査型超音波診断装置の機能ブロック図である。図３において、駆動回路11は、送信制御部12からの２値パルス波形を出すための制御信号に基づき２値のパルス波形の信号を出力する回路である。低域除去フィルタ22は、感度の低下を防ぐためのもので、振動子と受信部３に対する直流バイアス電圧を取り除く手段である。図28に示した従来の超音波診断装置と同一の機能、動作をする個所には、同一の符号を付してあり、説明は省略する。
【００２５】
図４は、本発明の第１の実施の形態における機械走査型超音波診断装置の機能ブロック図である。図４において、機械走査探触子８は、単一の振動子19と機械走査機構24からなる探触子である。機械走査機構24は、振動子19の方向を連続的に変える手段である。送信部２および受信部３は、１素子分のみの回路である。図３に示した超音波診断装置と同一の機能、動作をする個所には、同一の符号を付してあり、説明は省略する。図５は、機械走査型超音波診断装置の各画像フレームで送信する駆動信号の種類を説明する図である。
【００２６】
上記のように構成された本発明の第１の実施の形態における超音波診断装置の動作を説明する。最初に、本実施の形態における超音波診断装置の動作原理を、図１と図２を用いて説明する。図２（Ａ）と図２（Ｃ）は、駆動回路11の出力波形、つまり送信駆動波形を示す図である。図２（Ｂ）と図２（Ｄ）は、それらの送信駆動波形で振動子を駆動したときに送信される超音波の送信波形を示す図である。図２（Ａ）は、ローレベルで始まり、ハイレベルで終わる波形である。図２（Ｃ）は、ハイレベルで始まり、ローレベルで終わる波形である。振動子の周波数特性は、直流を通さない一種のバンドパスフィルタとみなせるので、図２（Ａ）の送信駆動波形を用いると、送信される超音波の波形は、図２（Ｂ）のようになる。図２（Ｃ）の送信駆動波形を用いると、送信される超音波の波形は、図２（Ｄ）のようになる。図２（Ｂ）と図２（Ｄ）は、ちょうど位相の反転した波形となる。
【００２７】
このような波形を用いて、生体の非線形現象により発生する高調波を検出する方法を、図１を用いて説明する。図１に示すように、同一の方向に２回の送受信を行なう。図１（Ａ）に示すように、第１回目の送信は、図２（Ａ）に示した送信駆動波形を用いる。第２回目の送信は、図２（Ｃ）に示した送信駆動波形を用いる。第１回目の送信から第２回目の送信までの間は、送信駆動波形は、ハイレベルに保持されている。送信される波形は、図１（Ｂ）の送信波形＃１と送信波形＃２に示すように、第１回目と第２回目で位相が反転している。
【００２８】
受信波形は、図１（Ｂ）の受信波形＃１と受信波形＃２に示すように、基本波成分は、第１回目と第２回目で位相が反転している。そこで、図１（Ｃ）に示すように、第１回目の送受信波形＃１と第２回目の送受信波形＃２を、第１回目の送信超音波と第２回目の送信超音波とが互いに逆位相となる時間関係でタイミングを合わせて加算する。送信波形と受信波形のうち、基本波成分は、位相が逆であるため相殺される。したがって、生体または造影剤の非線形現象により発生する第２高調波成分のみを検出することができる。この操作を、１画像フレームを構成する音響線の数だけ行なうことにより、２値の送信駆動波形を用いても、生体の非線形現象により発生する高調波成分のみを用いた分解能のよい画像を得ることができる。
【００２９】
本発明の主旨は、一方の送信駆動波形は、ローレベルで始まりハイレベルで終わる波形とし、他方の送信駆動波形は、ハイレベルで始まりローレベルで終わる波形とするところにある。このため、図２（Ｅ）と図２（Ｆ）に示す波形などは、すべて本発明に含まれるものである。
【００３０】
図３を参照しながら、上記の原理を用いた超音波診断装置の動作を説明する。生体または造影剤の非線形現象により発生する高調波を利用して画像化を行なう電子走査型の超音波診断装置の具体的な構成を、図３に示す。駆動回路11は、出力を、ローレベルとハイレベルのいずれにも保持できるようにした回路であり、２値のパルス波形を出力する。低域除去フィルタ22は、最も簡単な構成としては、直列に挿入したコンデンサである。振動子と受信部３に対する直流バイアス電圧を取り除き、超音波エコーを受信する際の感度低下を防ぐ。
【００３１】
送受信は、同じ方向に対して２回ずつ行なう。第１回目の送信は、図２（Ａ）に示した送信駆動波形を用いる。受信信号は、波形メモリ20に蓄える。この間、送信駆動波形は、ハイレベルに保持する。第２回目の送信は、図２（Ｃ）に示した送信駆動波形を用いる。受信信号は、加算器21において、波形メモリ20に蓄えられた第１回目の受信信号とタイミングを合わせて加算される。これにより、生体または造影剤の非線形現象により発生する高調波成分のみを検出することができる。この操作を、送受信方向を変え、１画像フレームを構成する音響線の数だけ行なう。２値の送信駆動波形を用いた電子走査型超音波診断装置においても、生体の非線形現象により発生する高調波成分のみを用いた分解能のよい画像を得ることができる。
【００３２】
図４と図５を参照しながら、上記の原理を用いた機械走査型の超音波診断装置の動作を説明する。生体または造影剤の非線形現象により発生する高調波を利用して、画像化を行なう機械走査型の超音波診断装置の具体的な構成を、図４に示す。機械走査探触子８は、単一の振動子19と、定められた方向に振動子19を向けるモーターなどの機械走査機構24からなる。機械走査機構24で、振動子19の方向を連続的に変えながら送受信を行なう。振動子19が１回転すると、１枚の画像が得られる。送信部２および受信部３は、１素子分のみの回路である。したがって、送受スイッチ群９を有しない。また、受信部３は、ビームフォーマ14を有しない。波形メモリ23は、１画像フレーム分の受信信号を記憶できるだけの容量を持つ。
【００３３】
機械走査型の超音波診断装置では、モーターなどの機械走査機構24を用いて、振動子19の向きを変化させながら送受信を行なう。そのため、同じ方向に複数回送受信し、次に方向を変えて複数回送受信するといった、電子走査型では容易な制御が困難である。そこで、本実施の形態の機械走査型の超音波診断装置では、１画像フレーム分の受信信号を記憶できる波形メモリ23を設ける。第１画像フレーム目の受信信号をすべて記憶し、第２フレーム目の同じ方向の受信信号と、タイミングを合わせて加算する。このとき、図２（Ａ）に示した送信駆動波形と、図２（Ｃ）に示した送信駆動波形を、交互に用いて送受信を行なう。
【００３４】
図５に、第１画像フレームと第２画像フレームのそれぞれの音響線で使用する送信駆動波形の種類を示す。実線で示した音響線では、図２（Ａ）で示した送信駆動波形を用いて超音波送信を行なう。点線で示した音響線では、図２（Ｃ）で示した送信駆動波形を用いて超音波送信を行なう。つまり、第１画像フレームでは、奇数番号の音響線に、図２（Ａ）に示した送信駆動波形を用いる。偶数番号の音響線では、図２（Ｃ）に示した送信駆動波形を用いる。また、第２画像フレームでは、奇数番号の音響線に、図２（Ｃ）に示した送信駆動波形を用いる。偶数番号の音響線では、図２（Ａ）に示した送信駆動波形を用いる。このようにすることにより、同一方向の音響線では、第１画像フレームと第２画像フレームで、送信波形の位相を反転させることができる。受信信号を、タイミングを合わせて加算することにより、生体または造影剤の非線形現象により発生する高調波成分のみを検出することができる。これにより、２値の送信駆動波形を用いた機械走査型超音波診断装置においても、生体の非線形現象により発生する高調波成分のみを用いた、分解能のよい画像を得ることができる。
【００３５】
上記のように、本発明の第１の実施の形態では、超音波診断装置を、第１回目の超音波送信において、ローレベルから始まりハイレベルで終わる２値パルスで振動子を駆動し、反射超音波を受信して記憶し、第２回目の超音波送信において、ハイレベルから始まりローレベルで終わる２値パルスで振動子を駆動し、反射超音波を受信して、記憶してある受信信号とタイミングを合わせて加算し、画像を形成して表示する構成としたので、２値の送信駆動波形を用いて、位相の反転した２種類の送信波形を送信し、それらの受信信号を加算して、高調波成分を検出できる。
【００３６】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態は、第１回目の超音波送信において、各振動子を、正の２値パルスか半周期遅れた負の２値パルスのいずれかで選択的に駆動し、反射信号を受信して記憶し、第２回目の超音波送信において、第１回目で正の２値パルスで駆動した振動子を負の２値パルスで駆動し、第１回目で半周期遅れた負の２値パルスで駆動した振動子を半周期遅れた正の２値パルスで駆動し、反射信号を受信して、記憶してある受信信号とタイミングを合わせて加算し、画像を形成して表示する超音波診断装置である。
【００３７】
図６は、本発明の第２の実施の形態における超音波診断装置で用いる２種類の送信駆動波形を示した図である。図７は、超音波診断装置の動作説明図である。図８は、超音波診断装置の振動子に印加する正負パルスの配置を、開口中心対称とした場合の動作説明図である。図９は、超音波診断装置の振動子に印加する正と負のパルス数を同数とした場合の動作説明図である。図10は、超音波診断装置の振動子に印加する正負パルスを、開口中心の両側それぞれの中で交互に配置した場合の動作説明図である。
【００３８】
図11は、本発明の第２の実施の形態における電子走査型超音波診断装置の機能ブロック図である。図12は、電子走査型超音波診断装置の送受信部の機能ブロック図である。図11と図12において、駆動回路11は、正の２値パルスと負の２値パルスを発生する回路である。駆動回路29-１は、正の２値パルスを発生する回路である。駆動回路29-２は、負の２値パルスを発生する回路である。位相選択スイッチ群25は、クロスポイントスイッチで駆動信号の位相を選択する手段である。図25と図29に示した回路と同一の機能、動作をする個所は、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００３９】
図13は、本発明の第２の実施の形態における電子走査型超音波診断装置の駆動回路図である。図14、図15、図16は、電子走査型超音波診断装置の動作説明図である。図17は、位相選択スイッチを２入力１出力スイッチとした図である。図18は、位相選択スイッチをオンオフスイッチとした図である。図19は、位相選択スイッチを２入力１出力スイッチのサイクリック構成とした図である。
【００４０】
図20は、本発明の第２の実施の形態における第２の電子走査型超音波診断装置の機能ブロック図である。図21は、第２の電子走査型超音波診断装置の送受信部の機能ブロック図である。図20と図21において、駆動回路11は、正のパルスと負のパルスを発生する回路である。図11と図12に示した回路と同一の機能、動作をする個所は、同一の符号を付し、説明を省略する。図22は、第２の電子走査型超音波診断装置の動作説明図である。
【００４１】
上記のように構成された本発明の第２の実施の形態における超音波診断装置の動作を説明する。最初に、本実施の形態における超音波診断装置の動作原理について、図６と図７を用いて説明する。２値パルスには、図６（Ａ）に示すような正の２値パルスと、図６（Ｂ）に示すような負の２値パルスの２種類がある。この２種類の２値パルスを使用して、第１回目の送信と第２回目の送信で、位相の反転した超音波を被検体に照射する。
【００４２】
図７に、振動子26-１〜26-８からなる振動子アレイ18を駆動する送信駆動波形と、その送信駆動波形で駆動されたときの被検体内のビーム特性と、フォーカス付近の超音波の波形を示す。点線曲線で示したタイミングで、送信駆動信号を振動子に印加して駆動することで、フォーカス位置に超音波が収束するようにしている。
【００４３】
第１回目の送信では、図７（Ａ）に示すように、振動子アレイ18の一部（図中網掛けで示した振動子）を、正の２値パルスで駆動し、他の振動子を、タイミングを半周期遅らせた負の２値パルスで駆動する。負の２値パルスで振動子を駆動すると、正の２値パルスで駆動した場合と逆位相の超音波が発生する。負の２値パルスを半周期遅らせると、正の２値パルスで駆動した場合と同相の超音波が発生する。半周期とは、送信超音波の基本波の半周期である。このように駆動すると、すべての振動子から同相の超音波が発生することになる。
【００４４】
第２回目の送信では、図７（Ｂ）に示すように、第１回目に正の２値パルスで駆動した振動子（図中網掛けで示した振動子）は、負の２値パルスで駆動し、第１回目に半周期遅れた負の２値パルスで駆動した振動子は、半周期遅れた正の２値パルスで駆動する。このように駆動すると、すべての振動子から発生する超音波は同相となる。このように駆動することにより、被検体に照射される超音波は、フォーカス点における超音波の波形に示したように、第１回目と第２回目で逆の位相を持ったものとなる。
【００４５】
このような２回の超音波送信によって得られた受信信号を、第１回目の送信超音波と第２回目の送信超音波とが互いに逆位相となる時間関係でタイミングを合わせて加算することにより、受信波形のうちの基本波成分が相殺され、生体または造影剤の非線形現象により発生する高調波成分のみを検出することができる。この操作を、１画像フレームを構成する音響線の数だけ行なうことにより、２値の送信駆動波形を用いても、生体の非線形現象により発生する高調波成分のみを用いた分解能のよい画像を得ることができる。
【００４６】
図８に、開口中心に対して対称的に駆動する例を示す。正の２値パルスで駆動する振動子と、負の２値パルスで駆動する振動子を、開口中心に対して対称的に配置すると、被検体に照射される超音波の特性を、進行方向に対して対称とすることができ、より優れた画像を得ることができる。
【００４７】
上記の例では、正の２値パルスを発生する駆動回路と、負の２値パルスを発生する駆動回路は、ともに多いほうの数だけ必要である。例えば、図７に示した駆動方法における正負パルスの配置構成では、正負の駆動回路とも５回路必要である。第１回目の送信では、負の駆動回路２個が余り、第２回目の送信では、正の駆動回路２個が余ることになる。これに対し、図９に示すように、正の２値パルスと負の２値パルスを同数にして駆動すれば、正負の駆動回路とも４回路で済み、２回の送信ともすべての回路を使用することとなる。つまり、正の２値パルスと負の２値パルスを同数とすることにより、駆動回路を最小限の数とすることができ、効率よく使用できる。
【００４８】
図10に示すように、正の２値パルスと負の２値パルスを印加する振動子の構成は、開口中心の片側を単位として、その中で交互に配置する。このように駆動することにより、被検体に対し、よりサイドローブの少ない超音波を照射でき、より優れた画像を得ることができる。また、このように配置することで、図10に示すように、振動子２個に対して、駆動回路２個を切り換えるように構成することができ、スイッチなどの切換器を簡略化できる。
【００４９】
図11に、上記の原理を用いた、生体または造影剤の非線形現象により発生する高調波を利用して画像化を行なう電子走査型の超音波診断装置の具体的な構成を示す。図12に、送受信部周辺の詳細な構成を示す。駆動回路11は、正の２値パルスを発生する駆動回路29-１と、負の２値パルスを発生する駆動回路29-２から構成され、同数が交互に設けられている。正の２値パルスを発生する駆動回路29-１は、図13（Ａ）に示すように、正電源とグランドのいずれかに接続するスイッチング動作をして、正の２値パルス波形を発生する回路である。負の２値パルスを発生する駆動回路29-２は、図13（Ｂ）に示すように、負電源とグランドのいずれかに接続するスイッチング動作をして、負の２値パルス波形を発生する回路である。位相選択スイッチ群25は、２入力２出力のクロスポイントスイッチから構成されている。
【００５０】
図14〜図16を参照しながら、図11に示した超音波診断装置の動作を説明する。図14は、被検体に送信される超音波の基点が、振動子の間となるように設定した場合である。送受信は、同じ方向に対して２回ずつ行なう。第１回目の送信は、図14（Ａ）に示すように位相選択スイッチ群25を設定し、振動子アレイ18中の網掛けで示した振動子を正の２値パルスで駆動し、それ以外の振動子を半周期遅らせた負の２値パルスで駆動する。この送信によって得られた受信号を、波形メモリ20に記憶する。
【００５１】
第２回目の送信は、図14（Ｂ）に示すように、位相選択スイッチ群25を設定し、振動子アレイ18中の網掛けで示した振動子を負の２値パルスで駆動し、それ以外の振動子を半周期遅らせた正の２値パルスで駆動する。この送信によって得られた受信信号は、加算器21において、波形メモリ20に記憶された第１回目の受信信号とタイミングを合わせて加算される。これにより、生体または造影剤の非線形現象により発生する高調波成分のみを検出することができる。この操作を、１画像フレームを構成する音響線の数だけ行なう。
【００５２】
図15に、リニア走査において、図14に示した設定で送受信した音響線の１つ隣の音響線で送受信する状態を示す。リニア走査では、駆動タイミングおよびパルスの正負は、開口中心対称であるので、開口中心および開口端では、１個の駆動回路で２個の振動子を駆動する。
【００５３】
図16に、被検体に送信される超音波の基点が、振動子の正面となるように設定した状態を示す。この場合、使用する振動子は奇数個となるので、クロスポイントスイッチ28-４の一方のスイッチは開放としている。このようにすることにより、２値の送信駆動波形を用いた電子走査型超音波診断装置においても、生体の非線形象により発生する高調波成分のみを用いた分解能のよい画像を得ることができる。
【００５４】
図17に、位相選択スイッチ群25を、２入力１出力のスイッチ33で構成した例を示す。図18に、位相選択スイッチ群25を、通常のオンオフスイッチ36で構成した例を示す。このように構成することにより、高価なクロスポイントスイッチ28の機能を、安価なスイッチで実現することができる。図19に、位相選択スイッチ群25を、２入力１出力のスイッチ33を用い、サイクリックな構成に変更した例を示す。このような構成によっても、同様の動作を実現することができる。
【００５５】
図20に、上記の原理を用いた、生体または造影剤の非線形現象により発生する高調波を利用して画像化を行なう電子走査型超音波診断装置の別の具体的な構成を示す。図21に、送受信部周辺の詳細な構成を示す。駆動回路11は、正のパルスを発生する駆動回路29-１と、負のパルスを発生する駆動回路29-２から構成され、同数が交互に設けられている。数量は、図12に示した回路の半数であり、クロスポイントスイッチ34を介して、振動子を駆動する。
【００５６】
図22を参照しながら、図20に示した構成の超音波診断装置の動作を説明する。図14（Ａ）に示した状態と同様の状態を、図20と図21に示した構成で実現したときのクロスポイントスイッチの接続図を、図22に示す。黒丸印（●）は、クロスポイントスイッチのうち、接続している接点を表している。リニア走査では、駆動タイミングおよびパルスの正負は、開口中心対称である。このことを利用して、クロスポイントスイッチ34で、任意の入出力を接続できるようにする。このように構成することにより、半分の規模の駆動回路11で、上記の例と同様の動作を実現できる。したがって、この構成の２値の送信駆動波形を用いたリニア電子走査型超音波診断装置においても、生体の非線形現象により発生する高調波成分のみを用いた分解能のよい画像を得ることができる。
【００５７】
上記のように、本発明の第２の実施の形態では、超音波診断装置を、第１回目の超音波送信において、各振動子を、正の２値パルスか半周期遅れた負の２値パルスのいずれかで選択的に駆動し、反射信号を受信して記憶し、第２回目の超音波送信において、第１回目で正の２値パルスで駆動した振動子を負の２値パルスで駆動し、第１回目で半周期遅れた負の２値パルスで駆動した振動子を半周期遅れた正の２値パルスで駆動し、反射信号を受信して、記憶してある受信信号とタイミングを合わせて加算し、画像を形成して表示する構成としたので、正負の２種類の２値パルスを組み合わせて、位相の反転した２種類の超音波をフォーカス点に収束でき、それらの受信信号を加算することにより、生体または造影剤の非線形現象により発生する高調波を利用して画像化を行なうことができ、分解能のよい超音波画像を表示できる
【００５８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明では、第１回目の超音波の送信において、ローレベルから始まりハイレベルで終わる２値信号で探触子を駆動し、第２回目の超音波の送信において、ハイレベルから始まりローレベルで終わる２値信号で探触子を駆動する構成としたので、２値の送信駆動波形を用いても、位相の反転した２種類の超音波をフォーカス点に収束でき、それらの受信信号を加算することにより、生体または造影剤の非線形現象により発生する高調波を利用して画像化を行なうことができ、分解能のよい超音波画像を表示できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における超音波診断装置の動作説明図、
【図２】本発明の第１の実施の形態における超音波診断装置の送信駆動波形と送信波形を示した図、
【図３】本発明の第１の実施の形態における電子走査型超音波診断装置の機能ブロック図、
【図４】本発明の第１の実施の形態における機械走査型超音波診断装置の機能ブロック図、
【図５】本発明の第１の実施の形態における機械走査型超音波診断装置の各画像フレームで送信する駆動信号の種類を説明する図、
【図６】本発明の第２の実施の形態における超音波診断装置で用いる２種類の送信駆動波形を示す図、
【図７】本発明の第２の実施の形態における超音波診断装置の動作説明図、
【図８】本発明の第２の実施の形態における超音波診断装置で、正負パルス配置構成を開口中心対称とした場合の動作説明図、
【図９】本発明の第２の実施の形態における超音波診断装置で、正負パルス数を同数とした場合の動作説明図、
【図１０】本発明の第２の実施の形態における超音波診断装置で、正負パルス配置構成を、開口中心の片側を単位として、その中で交互に配置した場合の動作説明図、
【図１１】本発明の第２の実施の形態における電子走査型超音波診断装置の機能ブロック図、
【図１２】本発明の第２の実施の形態における電子走査型超音波診断装置の送受信部の機能ブロック図、
【図１３】本発明の第２の実施の形態における超音波診断装置の駆動回路図、
【図１４】本発明の第２の実施の形態における電子走査型超音波診断装置の動作説明図、
【図１５】本発明の第２の実施の形態における電子走査型超音波診断装置の動作説明図、
【図１６】本発明の第２の実施の形態における電子走査型超音波診断装置の動作説明図、
【図１７】本発明の第２の実施の形態における超音波診断装置で、位相選択スイッチを２入力１出力スイッチとした回路図、
【図１８】本発明の第２の実施の形態における超音波診断装置で、位相選択スイッチをオンオフスイッチとした回路図、
【図１９】本発明の第２の実施の形態における超音波診断装置で、位相選択スイッチを２入力１出力スイッチのサイクリック構成とした図、
【図２０】本発明の第２の実施の形態における第２の電子走査型超音波診断装置の機能ブロック図、
【図２１】本発明の第２の実施の形態における第２の電子走査型超音波診断装置の送受信部の機能ブロック図、
【図２２】本発明の第２の実施の形態における第２の電子走査型超音波診断装置の動作説明図、
【図２３】従来の電子走査型超音波診断装置の機能ブロック図、
【図２４】従来の電子走査型超音波診断装置の送受信部の機能ブロック図、
【図２５】超音波診断装置の連続波駆動回路図、
【図２６】超音波診断装置の２値駆動回路図、
【図２７】超音波診断装置の３値駆動回路図、
【図２８】従来の位相反転法による電子走査型超音波診断装置の機能ブロック図である。
【符号の説明】
１電子走査探触子
２送信部
３受信部
４中間信号処理部
５ DSC部
６モニタ
７制御部
８機械走査探触子
９送受スイッチ群
11 駆動回路
12 送信制御部
13 増幅器
14 ビームフォーマ
15 バンドパスフィルタ
16 対数増幅器
17 検波器
18 振動子アレイ
19,26 振動子
20,23,30 波形メモリ
21 加算部
22 低域除去フィルタ
24 機械走査機構
25 位相選択スイッチ群
27 スイッチ
28 ２入力２出力クロスポイントスイッチ
29-1 正のパルスを発生する２値駆動回路
29-2 負のパルスを発生する２値駆動回路
31 ディジタル‐アナログ変換器（DAC）
32 線形増幅器
33 ２入力１出力スイッチ
34 ｎ入力ｍ出力クロスポイントスイッチ
35 切換器
36 オンオフスイッチ
50 送信部
51 駆動回路
52 送信制御部
53 制御部
60 送信部
61 駆動回路
62 送信制御部
63 制御部
65 波形メモリ
66 加算部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus, and more particularly to an ultrasonic diagnostic apparatus that performs imaging using a harmonic component generated by a nonlinear phenomenon of a living body or a contrast medium.
[0002]
[Prior art]
An ultrasound diagnostic apparatus is an apparatus that obtains a tomographic image of a subject by irradiating the subject with ultrasound from a probe and converting the intensity of the echo signal into the luminance of a corresponding pixel. FIG. 23 shows a functional block diagram of a conventional general electronic scanning ultrasonic diagnostic apparatus. The configuration and operation of a conventional ultrasonic diagnostic apparatus will be described with reference to FIG. The control unit 53 controls the entire ultrasonic diagnostic apparatus. The transmission unit 50 includes a transmission control unit 52 and a drive circuit 51, and generates a transmission drive waveform for driving the electronic scanning probe 1 in response to an instruction from the control unit 53. The transmission control unit 52 generates a timing signal for driving each transducer so that the ultrasonic wave converges / deflects in a predetermined position / direction. The drive circuit 51 generates a transmission drive waveform for driving the vibrator according to the timing. The transmission / reception switch group 9 selects a transducer to be used for transmission / reception from the transducer array 18.
[0003]
The electronic scanning probe 1 includes a transducer array 18 and transmits and receives ultrasonic waves. The transducer array 18 converts the transmission drive waveform from the transmission unit 50 into ultrasonic waves and irradiates them, and converts the reflected ultrasonic echoes into electric signals. The receiving unit 3 includes an amplifier 13 and a beam former 14. The amplifier 13 amplifies the reception signal received by each transducer of the transducer array 18. The beam former 14 gives a predetermined delay to each received signal and then adds them to detect only the ultrasonic waves from the predetermined position / direction. In general, the amplifier 13 changes the amplification factor according to the depth of the focus unit and the reception direction.
[0004]
The intermediate signal processing unit 4 includes a band pass filter 15, a logarithmic amplifier 16, and a detector 17. The band-pass filter 15 can change the center frequency and bandwidth according to the reception depth and reception direction, and obtain the best resolution and S / N ratio by performing filtering according to the characteristics of the reception signal. ing. The logarithmic amplifier 16 compresses the dynamic range of the received signal. The detector 17 detects the received signal and converts the intensity of the received signal into luminance. The DSC unit 5 converts the received signal represented by the distance and direction (that is, polar coordinates) from the probe into XY coordinates. A tomographic image is displayed on the monitor 6.
[0005]
FIG. 24 shows a detailed configuration around the transmission / reception unit of the electronic scanning ultrasonic diagnostic apparatus that performs linear scanning. The transmission / reception switch group 9 is composed of the same number of switches 27-1 to 27-n as the transducers 26-1 to 26-n, and selects a transducer from the transducer array 18 to determine the base point of the ultrasonic scanning line. To do. For example, when the switches 27-1 to 27-4 are selected, the base point of the ultrasonic scanning line is set between the transducers 26-2 and 26-3. When the switches 27-2 to 27-5 are selected, the base point of the ultrasonic scanning line is set between the transducers 26-3 and 26-4. Thus, the inside of the subject is scanned two-dimensionally by sequentially switching the switches.
[0006]
As the drive circuit 51, drive circuits as shown in FIGS. 25 to 27 are generally used. The drive circuit shown in FIG. 25 uses the timing signal from the transmission control unit 12 as a start trigger, converts the waveform stored in the waveform memory 30 from a digital signal to an analog waveform by the DAC 31, amplifies it by the linear amplifier 32, It drives the vibrator. In this method, the transducer can be driven with an arbitrary transmission drive waveform, and ultrasonic waves with good characteristics can be transmitted. However, this method has the disadvantage that the circuit scale is large and the efficiency is low. ing.
[0007]
The drive circuit shown in FIG. 26 performs a switching operation to connect to either the power supply or the ground in accordance with the timing signal from the transmission control unit 12, generates a binary pulse waveform, and drives the vibrator. This method is used in many devices because the driving circuit is simple and efficient. The drive circuit shown in FIG. 27 is the same, but performs a switching operation to connect to either a positive power supply, a negative power supply, or a ground to generate a ternary pulse waveform and drive the vibrator. Compared with the drive circuit shown in FIG. 26, two control lines are required, but a transmission drive waveform with good frequency characteristics can be obtained.
[0008]
By the way, in recent years, a method for obtaining an image having higher resolution by utilizing a harmonic generated by a nonlinear phenomenon of a living body or a contrast agent has been developed. There are three types of methods for detecting harmonics: a filter method, a phase inversion method, and an amplitude modulation method. In the filter method, an ultrasonic wave in which harmonics are suppressed is transmitted, a received signal is subjected to high-pass filter processing, and a harmonic component is detected. In this method, the point is how to suppress the harmonic components originally included in the transmission waveform. According to the methods disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 11-347030 and 2001-610065, this problem is solved by performing pulse width modulation on the Gaussian waveform. However, this method has a problem that a sufficient effect cannot be obtained unless the pulse width is precisely controlled, and harmonics included in the transmission waveform cannot be completely suppressed.
[0009]
In the phase inversion method, transmission is performed twice using two types of transmission waveforms whose phases are inverted, and a received signal is added to detect a harmonic component. The fundamental frequency components included in the two transmitted waveforms are all inverted in phase, whereas the second harmonic generated by the biological nonlinear phenomenon has the same phase. Only the generated second harmonic can be detected. FIG. 28 shows the configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus using this method. In the apparatus shown in FIG. 28, a waveform memory 65 capable of storing a reception signal for one acoustic line and an adding unit 66 are provided between the beam former 14 and the intermediate signal processing unit 4. In such an apparatus, the received signal obtained by the first transmission / reception is stored in the waveform memory 65, and added together with the timing of the second received signal transmitted by inverting the phase. Therefore, the drive circuit is limited to a circuit that can generate an arbitrary waveform as shown in FIG. 25 and a circuit that can generate a ternary pulse waveform as shown in FIG. 27, and a binary circuit as shown in FIG. A circuit that generates a pulse waveform could not be used.
[0010]
The amplitude modulation method is a method that utilizes the fact that the generation rate of harmonics generated in a living body is proportional to the square of the transmission amplitude. A reception signal obtained by two transmissions / receptions with different amplitudes is subjected to gain correction in accordance with the transmission amplitude and then subtracted. In this method, a binary transmission drive waveform can be used, but it is necessary to change the amplitude of the transmission pulse by two transmissions. For this reason, the device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-353155 uses two drive circuits.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional harmonic imaging ultrasonic diagnostic apparatus requires a drive circuit for generating a ternary pulse waveform separately from the drive circuit used in the normal mode, which increases the cost.
[0012]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-described conventional problems and to perform binary transmission of the phase inversion method in an ultrasonic diagnostic apparatus that performs imaging using a harmonic component generated by a nonlinear phenomenon of a living body or a contrast agent. This is realized by using drive pulses.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, in the present invention, a reflected ultrasonic imaging method is performed by driving a transducer of a probe with a first binary signal starting from a low level and ending at a high level, and a first super A sound wave is transmitted, the reflected ultrasonic wave is received and stored as a first received signal, and the probe is performed with a second binary signal starting from a high level and ending at a low level in the second transmission of the ultrasonic wave. The child transducer is driven to transmit the second ultrasonic wave, the reflected ultrasonic wave is received as the second received signal, and the first received signal and the second received signal are converted to the first ultrasonic signal. Since the sound wave and the second ultrasonic wave are added at the same timing in a time relationship in which the phases are opposite to each other, and an image is generated using the received signal after the addition, a binary transmission drive waveform is used. However, two types of ultrasonic waves with reversed phases can be transmitted and received. By adding the signals can be detected harmonic components.
[0014]
In addition, the ultrasonic diagnostic apparatus includes an electronic scanning probe composed of a plurality of transducers, a transmission drive circuit capable of holding the output at both high level and low level, and a reception signal for one acoustic line. Waveform memory that can be stored, and the received signal stored in the waveform memory and the received signal from the electronic scanning probe, the time relationship in which the first ultrasonic wave and the second ultrasonic wave have opposite phases to each other In the first transmission of ultrasonic waves, the adder for adding the signals in synchronization with each other, the means for generating an image from the added received signal, and the transmission drive circuit are controlled to start from the low level and end at the high level. And a control means for generating a second transmission drive signal starting from a high level and ending at a low level in the second transmission of ultrasonic waves. Be used signal driving waveform, and send the inverted two ultrasonic phase, by adding their receive signal, it can detect the harmonic components.
[0015]
In addition, the ultrasonic diagnostic apparatus includes a mechanical scanning probe that rotates or swings the vibrator by a mechanical scanning mechanism, a transmission drive circuit that can hold the output at both high level and low level, and one image frame. Waveform received in the waveform memory, and the received signal stored in the waveform memory and the received signal from the mechanical scanning probe in accordance with the scanning line number, the first frame ultrasonic wave and the second frame ultrasonic wave An adder that adds the sound waves in phase with each other in a time relationship that is in opposite phase, a means for generating an image from the added received signal, and a transmission drive circuit to control the odd-numbered acoustic scan of the first frame In the transmission of the ultrasonic wave of the even-numbered acoustic scanning line of the line and the second frame, the first transmission drive signal starting from the low level and ending at the high level is generated, and the odd-numbered sound of the second frame is generated. In the transmission of the ultrasonic wave of the scanning line and the even-numbered acoustic scanning line of the first frame, the control means for generating the second transmission drive signal starting from the high level and ending at the low level is provided. In the type ultrasonic diagnostic apparatus, even if a binary transmission drive waveform is used, two types of ultrasonic waves with reversed phases can be transmitted, and the harmonic components can be detected by adding the received signals.
[0016]
Further, in the reflected ultrasonic imaging method, each transducer is driven by either a positive binary pulse or a negative binary pulse delayed by a half cycle, and the first ultrasonic wave is transmitted and reflected. A sound wave is received and stored as a first received signal, and in the second transmission of ultrasonic waves, the vibrator driven with a positive binary pulse in the first time is driven with a negative binary pulse, and the first time The second ultrasonic wave is transmitted by driving the vibrator driven by the negative binary pulse delayed by a half cycle at the positive binary pulse delayed by a half cycle, and the reflected ultrasonic wave is received by the second. The received signal is added to the first received signal and the second received signal at the same timing in a time relationship in which the first ultrasonic wave and the second ultrasonic wave have opposite phases, and reception after the addition. Since it is a method of generating an image using a signal, a phase is obtained by combining two types of positive and negative binary pulses. Send an inverted two transmission waveform can be detected harmonic components by adding each received signal.
[0017]
In addition, since the position of the vibrator driven by the positive binary pulse and the position of the vibrator driven by the negative binary pulse delayed by a half cycle are symmetric with respect to the center of the opening, The subject can be irradiated with ultrasonic waves that are symmetrical and have good characteristics.
[0018]
In addition, the number of vibrators driven by positive binary pulses and the number of vibrators driven by negative binary pulses delayed by a half cycle are the same, so the number of drive circuits is minimized and used efficiently. it can.
[0019]
In addition, vibrators driven by positive binary pulses and vibrators driven by negative binary pulses delayed by a half cycle are alternately arranged in a vibrator group having one side of the opening center as a unit. As a result, it is possible to irradiate the subject with ultrasonic waves having fewer side lobes and good characteristics, and to simplify the switch for selecting the drive circuit for driving the vibrator.
[0020]
The ultrasonic diagnostic apparatus includes an electronic scanning probe including a plurality of transducers, a first transmission driving circuit that generates a positive binary pulse, and a second transmission that generates a negative binary pulse. A driving circuit; a phase selection switch group provided between the electronic scanning probe and the first transmission driving circuit; and between the electronic scanning probe and the second transmission driving circuit; and a first transmission driving circuit; A control unit that controls the second transmission drive circuit and the phase selection switch group to perform transmission of the first ultrasonic wave and transmission of the second ultrasonic wave; and A waveform memory that stores a reflected ultrasonic signal for one acoustic line received by the electronic scanning probe after transmission as a first reception signal, and received by the electronic scanning probe after the second ultrasonic transmission The second received signal and the first received signal, which are reflected ultrasonic signals, are converted into the first ultrasonic wave and the second received signal. And an adder that outputs the added received signal by adding the signals in a time relationship in which the ultrasonic waves are in opposite phases with each other, and a means for generating an image from the added received signal. Means for selectively applying either a positive binary pulse or a negative binary pulse delayed by a half cycle to drive each transducer in the second transmission of ultrasonic waves; In the transmission of ultrasonic waves, the vibrator to which a positive binary pulse is applied at the first time is driven by a negative binary pulse, and the vibrator to which a negative binary pulse delayed by a half cycle is applied at the first time is a half cycle. And a means for controlling to drive with a delayed positive binary pulse, so that two types of positive and negative binary pulses are combined to transmit two types of transmission waveforms with inverted phases. The harmonic component can be detected by adding You can create an image using the harmonic component.
[0021]
The ultrasonic diagnostic apparatus includes an electronic scanning probe including a plurality of transducers, a first transmission driving circuit that generates a positive binary pulse, and a second transmission that generates a negative binary pulse. A driving circuit, a cross point switch provided between the electronic scanning probe and the first transmission driving circuit, and between the electronic scanning probe and the second transmission driving circuit, a first transmission driving circuit, 2 a control unit that controls the transmission drive circuit and the crosspoint switch to perform transmission of the first ultrasonic wave and transmission of the second ultrasonic wave, and after transmission of the first ultrasonic wave A waveform memory that stores a reflected ultrasonic signal of one acoustic line received by the electronic scanning probe as a first received signal, and a reflected ultrasonic signal received by the electronic scanning probe after the second transmission of the ultrasonic wave The second received signal and the first received signal, which are sound wave signals, are converted into a first ultrasonic wave. An adder that outputs a summed received signal by adding the signals in a time relationship in which the second ultrasonic waves are in opposite phases with each other, and means for generating an image from the summed received signal; Means for selectively applying either a positive binary pulse or a negative binary pulse delayed by a half cycle to drive each transducer in the first transmission of ultrasonic waves; In the second ultrasonic transmission, the vibrator to which the positive binary pulse is applied at the first time is driven by the negative binary pulse, and the negative binary pulse which is delayed by a half cycle at the first time is applied. And a means for controlling so as to drive with a positive binary pulse delayed by a half cycle, so that two types of positive and negative binary pulses can be combined with a smaller number of drive circuits to reverse phase 2 Send different types of transmit waveforms and add them together The can detect harmonic components, can create an image using the harmonic component.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
[0023]
(First embodiment)
In the first embodiment of the present invention, in the first ultrasonic transmission, the vibrator is driven by a binary pulse starting from a low level and ending at a high level, and a reflected ultrasonic wave is received and stored. In the second ultrasonic transmission, the transducer is driven with a binary pulse that starts at the high level and ends at the low level, receives the reflected ultrasonic waves, adds them in time with the stored received signal, and forms an image. It is the ultrasonic diagnostic apparatus which displays.
[0024]
FIG. 1 is an explanatory diagram of the operation of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram illustrating a transmission drive waveform and a transmission waveform of the ultrasonic diagnostic apparatus. FIG. 3 is a functional block diagram of the electronic scanning ultrasonic diagnostic apparatus. In FIG. 3, the drive circuit 11 is a circuit that outputs a binary pulse waveform signal based on a control signal for outputting a binary pulse waveform from the transmission control unit 12. The low-frequency elimination filter 22 is for preventing a decrease in sensitivity, and is means for removing a DC bias voltage with respect to the vibrator and the receiving unit 3. Parts that perform the same functions and operations as those of the conventional ultrasonic diagnostic apparatus shown in FIG. 28 are assigned the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
[0025]
FIG. 4 is a functional block diagram of the mechanical scanning ultrasonic diagnostic apparatus according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 4, the mechanical scanning probe 8 is a probe including a single transducer 19 and a mechanical scanning mechanism 24. The mechanical scanning mechanism 24 is means for continuously changing the direction of the vibrator 19. The transmitter 2 and the receiver 3 are circuits for only one element. Parts having the same functions and operations as those of the ultrasonic diagnostic apparatus shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. FIG. 5 is a diagram for explaining types of drive signals transmitted in each image frame of the mechanical scanning ultrasonic diagnostic apparatus.
[0026]
The operation of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the first embodiment of the present invention configured as described above will be described. First, the operation principle of the ultrasonic diagnostic apparatus according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. 2A and 2C are diagrams showing the output waveform of the drive circuit 11, that is, the transmission drive waveform. FIG. 2B and FIG. 2D are diagrams illustrating transmission waveforms of ultrasonic waves that are transmitted when the transducer is driven with these transmission drive waveforms. FIG. 2A shows a waveform that starts at a low level and ends at a high level. FIG. 2C shows a waveform that starts at a high level and ends at a low level. Since the frequency characteristic of the vibrator can be regarded as a kind of band-pass filter that does not pass direct current, when the transmission drive waveform of FIG. 2A is used, the waveform of the transmitted ultrasonic wave is as shown in FIG. Become. When the transmission drive waveform in FIG. 2C is used, the waveform of the transmitted ultrasonic wave is as shown in FIG. FIG. 2B and FIG. 2D are waveforms with just inverted phases.
[0027]
A method for detecting harmonics generated by a nonlinear phenomenon of a living body using such a waveform will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, transmission / reception is performed twice in the same direction. As shown in FIG. 1 (A), the first transmission uses the transmission drive waveform shown in FIG. 2 (A). The second transmission uses the transmission drive waveform shown in FIG. From the first transmission to the second transmission, the transmission drive waveform is held at a high level. As shown in the transmission waveform # 1 and the transmission waveform # 2 in FIG. 1B, the phase of the waveform to be transmitted is inverted between the first time and the second time.
[0028]
As shown in the received waveform # 1 and the received waveform # 2 in FIG. 1B, the phase of the received waveform is inverted between the first time and the second time. Therefore, as shown in FIG. 1 (C), the first transmission / reception waveform # 1 and the second transmission / reception waveform # 2 are the reverse of the first transmission ultrasonic wave and the second transmission ultrasonic wave. The timing is added according to the time relationship that is the phase. Of the transmission waveform and the reception waveform, the fundamental wave component is canceled because the phase is opposite. Therefore, it is possible to detect only the second harmonic component generated by the nonlinear phenomenon of the living body or the contrast agent. By performing this operation as many times as the number of acoustic lines constituting one image frame, an image having a high resolution using only harmonic components generated by a nonlinear phenomenon of a living body can be obtained even if a binary transmission drive waveform is used. be able to.
[0029]
The gist of the present invention is that one transmission drive waveform is a waveform that starts at a low level and ends at a high level, and the other transmission drive waveform is a waveform that starts at a high level and ends at a low level. Therefore, the waveforms shown in FIGS. 2E and 2F are all included in the present invention.
[0030]
The operation of the ultrasonic diagnostic apparatus using the above principle will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows a specific configuration of an electronic scanning ultrasonic diagnostic apparatus that performs imaging using harmonics generated by a nonlinear phenomenon of a living body or a contrast medium. The drive circuit 11 is a circuit that can hold the output at either a low level or a high level, and outputs a binary pulse waveform. The simplest configuration of the low-pass filter 22 is a capacitor inserted in series. The DC bias voltage for the transducer and the receiving unit 3 is removed to prevent a decrease in sensitivity when receiving an ultrasonic echo.
[0031]
Transmission / reception is performed twice in the same direction. The first transmission uses the transmission drive waveform shown in FIG. The received signal is stored in the waveform memory 20. During this time, the transmission drive waveform is held at a high level. The second transmission uses the transmission drive waveform shown in FIG. The adder 21 adds the received signal in synchronization with the first received signal stored in the waveform memory 20. Thereby, it is possible to detect only the harmonic component generated by the nonlinear phenomenon of the living body or the contrast agent. This operation is performed for the number of acoustic lines constituting one image frame by changing the transmission / reception direction. Even in an electronic scanning ultrasonic diagnostic apparatus using a binary transmission drive waveform, it is possible to obtain an image with high resolution using only harmonic components generated by a nonlinear phenomenon of a living body.
[0032]
The operation of the mechanical scanning ultrasonic diagnostic apparatus using the above principle will be described with reference to FIGS. FIG. 4 shows a specific configuration of a mechanical scanning ultrasonic diagnostic apparatus that performs imaging using harmonics generated by a nonlinear phenomenon of a living body or a contrast medium. The mechanical scanning probe 8 includes a single transducer 19 and a mechanical scanning mechanism 24 such as a motor that directs the transducer 19 in a predetermined direction. The mechanical scanning mechanism 24 performs transmission / reception while continuously changing the direction of the vibrator 19. When the vibrator 19 rotates once, one image is obtained. The transmitter 2 and the receiver 3 are circuits for only one element. Therefore, the transmission / reception switch group 9 is not provided. The receiving unit 3 does not have the beam former 14. The waveform memory 23 has a capacity sufficient to store a received signal for one image frame.
[0033]
In the mechanical scanning type ultrasonic diagnostic apparatus, transmission / reception is performed while changing the direction of the transducer 19 using a mechanical scanning mechanism 24 such as a motor. Therefore, it is difficult to perform easy control in the electronic scanning type in which transmission / reception is performed a plurality of times in the same direction and then transmission / reception is performed a plurality of times while changing the direction. In view of this, the mechanical scanning ultrasonic diagnostic apparatus according to the present embodiment is provided with a waveform memory 23 that can store reception signals for one image frame. All the received signals of the first image frame are stored, and the received signals of the second frame in the same direction are added at the same timing. At this time, transmission / reception is performed by alternately using the transmission drive waveform shown in FIG. 2A and the transmission drive waveform shown in FIG.
[0034]
FIG. 5 shows types of transmission drive waveforms used for the acoustic lines of the first image frame and the second image frame. In the acoustic line shown by the solid line, ultrasonic transmission is performed using the transmission drive waveform shown in FIG. In the acoustic line indicated by the dotted line, ultrasonic transmission is performed using the transmission drive waveform shown in FIG. That is, in the first image frame, the transmission drive waveform shown in FIG. 2A is used for odd-numbered acoustic lines. For even-numbered acoustic lines, the transmission drive waveform shown in FIG. 2C is used. In the second image frame, the transmission drive waveform shown in FIG. 2C is used for odd-numbered acoustic lines. For even-numbered acoustic lines, the transmission drive waveform shown in FIG. By doing so, the phase of the transmission waveform can be inverted between the first image frame and the second image frame for the acoustic lines in the same direction. By adding the received signals at the same timing, it is possible to detect only the harmonic components generated by the nonlinear phenomenon of the living body or the contrast agent. As a result, even in a mechanical scanning ultrasonic diagnostic apparatus using a binary transmission drive waveform, it is possible to obtain an image with high resolution using only harmonic components generated by a nonlinear phenomenon of a living body.
[0035]
As described above, in the first embodiment of the present invention, in the first ultrasonic transmission, the transducer is driven by the binary pulse starting from the low level and ending at the high level, and reflected. Receives and stores ultrasonic waves, and in the second ultrasonic transmission, the transducer is driven with a binary pulse that starts from high level and ends at low level, receives reflected ultrasonic waves, and stores the received signal Since the image is formed and displayed at the same time, the two transmission waveforms with two phases are transmitted using the binary transmission drive waveform, and the received signals are added. Thus, harmonic components can be detected.
[0036]
(Second Embodiment)
In the second embodiment of the present invention, in the first ultrasonic transmission, each transducer is selectively driven with either a positive binary pulse or a negative binary pulse delayed by a half cycle, The reflected signal is received and stored, and in the second ultrasonic transmission, the vibrator driven by the positive binary pulse at the first time is driven by the negative binary pulse and delayed by a half cycle at the first time. A vibrator driven with a negative binary pulse is driven with a positive binary pulse delayed by a half cycle, and a reflected signal is received and added in time with the stored received signal to form an image. An ultrasonic diagnostic apparatus for displaying.
[0037]
FIG. 6 is a diagram showing two types of transmission drive waveforms used in the ultrasonic diagnostic apparatus according to the second embodiment of the present invention. FIG. 7 is an operation explanatory diagram of the ultrasonic diagnostic apparatus. FIG. 8 is an operation explanatory diagram in the case where the arrangement of positive and negative pulses applied to the transducer of the ultrasonic diagnostic apparatus is symmetrical with respect to the opening center. FIG. 9 is an operation explanatory diagram when the number of positive and negative pulses applied to the transducer of the ultrasonic diagnostic apparatus is the same. FIG. 10 is an operation explanatory diagram when the positive and negative pulses applied to the transducer of the ultrasonic diagnostic apparatus are alternately arranged on both sides of the center of the opening.
[0038]
FIG. 11 is a functional block diagram of an electronic scanning ultrasonic diagnostic apparatus according to the second embodiment of the present invention. FIG. 12 is a functional block diagram of the transmission / reception unit of the electronic scanning ultrasonic diagnostic apparatus. 11 and 12, the drive circuit 11 is a circuit that generates a positive binary pulse and a negative binary pulse. The drive circuit 29-1 is a circuit that generates a positive binary pulse. The drive circuit 29-2 is a circuit that generates a negative binary pulse. The phase selection switch group 25 is means for selecting the phase of the drive signal using a crosspoint switch. Portions having the same functions and operations as those of the circuits shown in FIGS. 25 and 29 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0039]
FIG. 13 is a drive circuit diagram of the electronic scanning ultrasonic diagnostic apparatus according to the second embodiment of the present invention. 14, FIG. 15 and FIG. 16 are explanatory diagrams of the operation of the electronic scanning ultrasonic diagnostic apparatus. FIG. 17 is a diagram in which the phase selection switch is a 2-input 1-output switch. FIG. 18 is a diagram in which the phase selection switch is an on / off switch. FIG. 19 is a diagram in which the phase selection switch has a cyclic configuration of a 2-input / 1-output switch.
[0040]
FIG. 20 is a functional block diagram of a second electronic scanning ultrasonic diagnostic apparatus according to the second embodiment of the present invention. FIG. 21 is a functional block diagram of the transmission / reception unit of the second electronic scanning ultrasonic diagnostic apparatus. 20 and 21, the drive circuit 11 is a circuit that generates a positive pulse and a negative pulse. Parts having the same functions and operations as those of the circuits shown in FIGS. 11 and 12 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. FIG. 22 is an operation explanatory diagram of the second electronic scanning ultrasonic diagnostic apparatus.
[0041]
The operation of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the second embodiment of the present invention configured as described above will be described. First, the operation principle of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. There are two types of binary pulses: a positive binary pulse as shown in FIG. 6A and a negative binary pulse as shown in FIG. 6B. The two types of binary pulses are used to irradiate the subject with ultrasonic waves whose phases are reversed in the first transmission and the second transmission.
[0042]
FIG. 7 shows a transmission drive waveform for driving the transducer array 18 including the transducers 26-1 to 26-8, beam characteristics in the subject when driven by the transmission drive waveform, and ultrasonic waves near the focus. The waveform is shown. At the timing indicated by the dotted curve, the transmission drive signal is applied to the vibrator and driven, so that the ultrasonic wave converges at the focus position.
[0043]
In the first transmission, as shown in FIG. 7 (A), a part of the transducer array 18 (vibrators shown by hatching in the figure) is driven with a positive binary pulse, and other transducers are driven. Is driven by a negative binary pulse with the timing delayed by a half cycle. When the vibrator is driven with a negative binary pulse, an ultrasonic wave having a phase opposite to that when the vibrator is driven with a positive binary pulse is generated. When the negative binary pulse is delayed by a half cycle, an ultrasonic wave in phase with the case of driving with the positive binary pulse is generated. The half cycle is a half cycle of the fundamental wave of the transmission ultrasonic wave. When driven in this manner, in-phase ultrasonic waves are generated from all transducers.
[0044]
In the second transmission, as shown in FIG. 7B, the vibrator driven by the positive binary pulse in the first round (vibrator shown by shading in the figure) is a negative binary pulse. The vibrator that is driven and driven for the first time with a negative binary pulse delayed by a half cycle is driven by a positive binary pulse delayed by a half cycle. When driven in this way, the ultrasonic waves generated from all the transducers are in phase. By driving in this way, the ultrasonic wave irradiated to the subject has opposite phases in the first time and the second time as shown in the waveform of the ultrasonic wave at the focus point.
[0045]
By adding the reception signals obtained by such two ultrasonic transmissions at the same timing in a time relationship in which the first transmission ultrasonic wave and the second transmission ultrasonic wave have opposite phases to each other. The fundamental wave component of the received waveform is canceled out, and only the harmonic component generated by the nonlinear phenomenon of the living body or the contrast agent can be detected. By performing this operation as many times as the number of acoustic lines constituting one image frame, an image having a high resolution using only harmonic components generated by a nonlinear phenomenon of a living body can be obtained even if a binary transmission drive waveform is used. be able to.
[0046]
FIG. 8 shows an example of driving symmetrically with respect to the center of the opening. When the vibrator driven by the positive binary pulse and the vibrator driven by the negative binary pulse are arranged symmetrically with respect to the center of the aperture, the characteristics of the ultrasonic wave irradiated to the subject are changed in the traveling direction. The image can be symmetrical with respect to the image, and a better image can be obtained.
[0047]
In the above example, a larger number of drive circuits that generate positive binary pulses and drive circuits that generate negative binary pulses are required. For example, in the arrangement configuration of the positive and negative pulses in the driving method shown in FIG. 7, five positive and negative drive circuits are required. In the first transmission, two negative drive circuits are left, and in the second transmission, two positive drive circuits are left. On the other hand, as shown in FIG. 9, if the same number of positive binary pulses and negative binary pulses are driven, only four circuits are required for both positive and negative drive circuits, and all circuits are used for two transmissions. Will be. That is, by setting the same number of positive binary pulses and negative binary pulses, the number of drive circuits can be reduced to a minimum number and can be used efficiently.
[0048]
As shown in FIG. 10, the configuration of the vibrator that applies the positive binary pulse and the negative binary pulse is alternately arranged in one side of the opening center. By driving in this way, it is possible to irradiate the subject with ultrasonic waves having fewer side lobes and obtain a better image. Further, with this arrangement, as shown in FIG. 10, two drive circuits can be switched for two vibrators, and a switch such as a switch can be simplified.
[0049]
FIG. 11 shows a specific configuration of an electronic scanning ultrasonic diagnostic apparatus that performs imaging using harmonics generated by a nonlinear phenomenon of a living body or a contrast medium using the above principle. FIG. 12 shows a detailed configuration around the transmission / reception unit. The drive circuit 11 includes a drive circuit 29-1 that generates a positive binary pulse and a drive circuit 29-2 that generates a negative binary pulse, and the same number is alternately provided. As shown in FIG. 13A, the drive circuit 29-1 that generates a positive binary pulse performs a switching operation connected to either the positive power supply or the ground to generate a positive binary pulse waveform. Circuit. As shown in FIG. 13B, the drive circuit 29-2 that generates a negative binary pulse performs a switching operation connected to either a negative power supply or the ground to generate a negative binary pulse waveform. Circuit. The phase selection switch group 25 includes a 2-input 2-output crosspoint switch.
[0050]
The operation of the ultrasonic diagnostic apparatus shown in FIG. 11 will be described with reference to FIGS. FIG. 14 shows a case where the base point of the ultrasonic wave transmitted to the subject is set between the transducers. Transmission / reception is performed twice in the same direction. In the first transmission, the phase selection switch group 25 is set as shown in FIG. 14 (A), and the transducers indicated by hatching in the transducer array 18 are driven with positive binary pulses, and the others Are driven by a negative binary pulse delayed by a half cycle. The received signal obtained by this transmission is stored in the waveform memory 20.
[0051]
In the second transmission, as shown in FIG. 14 (B), the phase selection switch group 25 is set, and the vibrators indicated by hatching in the vibrator array 18 are driven with negative binary pulses. The other vibrators are driven with a positive binary pulse delayed by a half cycle. The adder 21 adds the received signal obtained by this transmission in synchronization with the first received signal stored in the waveform memory 20. Thereby, it is possible to detect only the harmonic component generated by the nonlinear phenomenon of the living body or the contrast agent. This operation is performed for the number of acoustic lines constituting one image frame.
[0052]
FIG. 15 illustrates a state in which linear acoustic scanning transmits / receives an acoustic line adjacent to the acoustic line transmitted / received with the setting illustrated in FIG. In the linear scanning, the drive timing and the positive / negative of the pulse are symmetrical with respect to the opening center, so that two vibrators are driven by one driving circuit at the opening center and the opening end.
[0053]
FIG. 16 shows a state where the base point of the ultrasonic wave transmitted to the subject is set to be in front of the transducer. In this case, since the number of vibrators to be used is an odd number, one of the crosspoint switches 28-4 is open. In this way, an electronic scanning ultrasonic diagnostic apparatus using a binary transmission drive waveform can also obtain an image with good resolution using only the harmonic components generated by the non-linear elephant of the living body.
[0054]
FIG. 17 shows an example in which the phase selection switch group 25 is composed of switches 33 with two inputs and one output. FIG. 18 shows an example in which the phase selection switch group 25 is configured by a normal on / off switch 36. With this configuration, the function of the expensive crosspoint switch 28 can be realized with an inexpensive switch. FIG. 19 shows an example in which the phase selection switch group 25 is changed to a cyclic configuration by using a switch 33 with two inputs and one output. Even with such a configuration, a similar operation can be realized.
[0055]
FIG. 20 shows another specific configuration of an electronic scanning ultrasonic diagnostic apparatus that performs imaging using harmonics generated by a nonlinear phenomenon of a living body or a contrast medium using the above principle. FIG. 21 shows a detailed configuration around the transmission / reception unit. The drive circuit 11 includes a drive circuit 29-1 that generates a positive pulse and a drive circuit 29-2 that generates a negative pulse, and the same number is alternately provided. The quantity is half of the circuit shown in FIG. 12, and the vibrator is driven via the cross point switch 34.
[0056]
The operation of the ultrasonic diagnostic apparatus having the configuration shown in FIG. 20 will be described with reference to FIG. FIG. 22 shows a connection diagram of the cross point switch when a state similar to the state shown in FIG. 14A is realized by the configuration shown in FIGS. A black circle (●) represents a connected contact among the crosspoint switches. In the linear scanning, the drive timing and the positive / negative of the pulse are symmetrical with respect to the opening center. By utilizing this fact, any input / output can be connected by the crosspoint switch. By configuring in this way, the same operation as the above example can be realized with the drive circuit 11 of half the scale. Therefore, even in the linear electronic scanning ultrasonic diagnostic apparatus using the binary transmission drive waveform of this configuration, it is possible to obtain an image with high resolution using only the harmonic component generated by the nonlinear phenomenon of the living body.
[0057]
As described above, in the second embodiment of the present invention, in the first ultrasonic transmission, the ultrasonic diagnostic apparatus is configured so that each transducer is a positive binary pulse or a negative binary delayed by a half cycle. Selectively drive with one of the pulses, receive and store the reflected signal, and in the second ultrasonic transmission, the vibrator driven with the positive binary pulse at the first time with the negative binary pulse Drive the vibrator driven with a negative binary pulse delayed by a half cycle in the first time, drive it with a positive binary pulse delayed by a half cycle, receive a reflected signal, and store the received signal and timing Are combined, and an image is formed and displayed so that two types of positive and negative binary pulses can be combined to converge two types of ultrasonic waves with reversed phases to the focus point, and the received signals Generated by the nonlinear phenomenon of the living body or contrast medium. Using the harmonic can be performed imaging, you can display a good ultrasound image resolution
[0058]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, in the present invention, in the first transmission of ultrasonic waves, the probe is driven by a binary signal that starts at a low level and ends at a high level, and then transmits a second ultrasonic wave. Since the probe is driven by a binary signal starting from a high level and ending at a low level, two types of ultrasonic waves with reversed phases converge at the focus point even if a binary transmission drive waveform is used. By adding these received signals, it is possible to perform imaging using harmonics generated by a nonlinear phenomenon of a living body or a contrast agent, and an effect that an ultrasonic image with high resolution can be displayed is obtained. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an operation explanatory diagram of an ultrasonic diagnostic apparatus according to a first embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a diagram showing a transmission drive waveform and a transmission waveform of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a functional block diagram of the electronic scanning ultrasonic diagnostic apparatus according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a functional block diagram of the mechanical scanning ultrasonic diagnostic apparatus according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a diagram for explaining types of drive signals transmitted in each image frame of the mechanical scanning ultrasonic diagnostic apparatus according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 6 is a diagram showing two types of transmission drive waveforms used in the ultrasonic diagnostic apparatus according to the second embodiment of the present invention;
FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the second embodiment of the present invention;
FIG. 8 is an operation explanatory diagram when the arrangement of positive and negative pulses is symmetrical with respect to the opening center in the ultrasonic diagnostic apparatus according to the second embodiment of the present invention;
FIG. 9 is an operation explanatory diagram when the number of positive and negative pulses is the same in the ultrasonic diagnostic apparatus according to the second embodiment of the present invention;
FIG. 10 is an operation explanatory diagram in the case of an ultrasonic diagnostic apparatus according to a second embodiment of the present invention in which a positive / negative pulse arrangement configuration is alternately arranged in units of one side of the opening center;
FIG. 11 is a functional block diagram of an electronic scanning ultrasonic diagnostic apparatus according to the second embodiment of the present invention;
FIG. 12 is a functional block diagram of a transmission / reception unit of the electronic scanning ultrasonic diagnostic apparatus according to the second embodiment of the present invention;
FIG. 13 is a drive circuit diagram of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the second embodiment of the present invention;
FIG. 14 is a diagram for explaining the operation of the electronic scanning ultrasonic diagnostic apparatus according to the second embodiment of the present invention;
FIG. 15 is an operation explanatory diagram of the electronic scanning ultrasonic diagnostic apparatus according to the second embodiment of the present invention;
FIG. 16 is a diagram for explaining the operation of the electronic scanning ultrasonic diagnostic apparatus according to the second embodiment of the present invention;
FIG. 17 is a circuit diagram in which the phase selection switch is a two-input one-output switch in the ultrasonic diagnostic apparatus according to the second embodiment of the present invention;
FIG. 18 is a circuit diagram in which the phase selection switch is an on / off switch in the ultrasonic diagnostic apparatus according to the second embodiment of the present invention;
FIG. 19 is a diagram showing a phase selection switch having a cyclic configuration of a 2-input / 1-output switch in the ultrasonic diagnostic apparatus according to the second embodiment of the present invention;
FIG. 20 is a functional block diagram of a second electronic scanning ultrasonic diagnostic apparatus according to the second embodiment of the present invention;
FIG. 21 is a functional block diagram of a transmission / reception unit of a second electronic scanning ultrasonic diagnostic apparatus according to the second embodiment of the present invention;
FIG. 22 is a diagram for explaining the operation of the second electronic scanning ultrasonic diagnostic apparatus according to the second embodiment of the present invention;
FIG. 23 is a functional block diagram of a conventional electronic scanning ultrasonic diagnostic apparatus;
FIG. 24 is a functional block diagram of a transmission / reception unit of a conventional electronic scanning ultrasonic diagnostic apparatus;
FIG. 25 is a continuous wave drive circuit diagram of an ultrasonic diagnostic apparatus;
FIG. 26 is a binary drive circuit diagram of an ultrasonic diagnostic apparatus;
FIG. 27 is a ternary drive circuit diagram of an ultrasonic diagnostic apparatus;
FIG. 28 is a functional block diagram of a conventional electronic scanning ultrasonic diagnostic apparatus using a phase inversion method.
[Explanation of symbols]
1 Electronic scanning probe
2 Transmitter
3 Receiver
4 Intermediate signal processor
5 DSC section
6 Monitor
7 Control unit
8 Mechanical scanning probe
9 Send / Receive switch group
11 Drive circuit
12 Transmission control unit
13 Amplifier
14 Beamformer
15 Bandpass filter
16 logarithmic amplifier
17 Detector
18 transducer array
19,26 vibrator
20,23,30 Waveform memory
21 Adder
22 Low-pass filter
24 Mechanical scanning mechanism
25 Phase selection switches
27 switch
28 2-input 2-output crosspoint switch
29-1 Binary drive circuit that generates positive pulses
29-2 Binary drive circuit that generates negative pulses
31 Digital-to-analog converter (DAC)
32 linear amplifier
33 2 input 1 output switch
34 n input m output crosspoint switch
35 selector
36 ON / OFF switch
50 Transmitter
51 Drive circuit
52 Transmission controller
53 Control unit
60 Transmitter
61 Drive circuit
62 Transmission control unit
63 Control unit
65 Waveform memory
66 Adder

Claims

振動子を機械走査機構によって回転または揺動走査する機械走査型探触子と、出力をハイレベルおよびローレベルのいずれにも保持できる送信駆動回路と、１画像フレーム分の受信信号を記憶できる波形メモリと、前記波形メモリに記憶された受信信号と前記機械走査型探触子からの受信信号とを走査線番号対応に、第１フレームの超音波と第２フレームの超音波とが互いに逆位相となる時間関係でタイミングを合わせて加算する加算器と、加算した受信信号から画像を生成する手段と、前記送信駆動回路を制御して、第１フレームの奇数番号の音響走査線と第２フレームの偶数番号の音響走査線の超音波の送信において、ローレベルから始まりハイレベルで終わる第１の送信駆動信号を発生させ、第２フレームの奇数番号の音響走査線と第１フレームの偶数番号の音響走査線の超音波の送信において、ハイレベルから始まりローレベルで終わる第２の送信駆動信号を発生させる制御手段とを具備することを特徴とする超音波診断装置。 A mechanical scanning probe that rotates or swings the transducer by a mechanical scanning mechanism, a transmission drive circuit that can hold the output at both high level and low level, and a waveform that can store a reception signal for one image frame The ultrasonic signal of the first frame and the ultrasonic wave of the second frame are opposite in phase with respect to the scanning line number corresponding to the received signal stored in the memory, the waveform memory, and the received signal from the mechanical scanning probe. An adder that adds the timings in accordance with the time relationship, means for generating an image from the added received signal, and the transmission drive circuit to control the odd-numbered acoustic scanning lines and the second frame of the first frame In the transmission of ultrasonic waves of even-numbered acoustic scanning lines, a first transmission drive signal starting from a low level and ending at a high level is generated, and the odd-numbered acoustic scanning lines of the second frame In the transmission of the ultrasonic acoustic scanning line of the even numbered frame, the ultrasonic diagnostic apparatus characterized by comprising a control means for generating a second transmission drive signal ending the high level at the beginning low level.

複数の振動子から構成される電子走査型探触子と、正の２値パルスを発生する第１送信駆動回路と、負の２値パルスを発生する第２送信駆動回路と、前記電子走査型探触子と前記第１送信駆動回路の間と前記電子走査型探触子と前記第２送信駆動回路の間とに設けられた位相選択スイッチ群と、前記第１送信駆動回路と前記第２送信駆動回路と前記位相選択スイッチ群とを制御して第１回目の超音波の送信と第２回目の超音波の送信とを行なうように制御する制御部と、前記第１回目の超音波の送信後に前記電子走査型探触子で受信した１音響線分の反射超音波信号を第１受信信号として記憶する波形メモリと、前記第２回目の超音波の送信後に前記電子走査型探触子で受信した反射超音波信号である第２受信信号と前記第１受信信号とを、前記第１回目の超音波と前記第２回目の超音波とが互いに逆位相となる時間関係でタイミングを合わせて加算して加算受信信号を出力する加算器と、前記加算受信信号から画像を生成する手段とを具備し、前記制御部に、前記第１回目の超音波の送信において各振動子に正の２値パルスか半周期遅れた負の２値パルスかのいずれかを選択的に印加して駆動するように制御する手段と、前記第２回目の超音波の送信において第１回目で正の２値パルスを印加した振動子を負の２値パルスで駆動するとともに第１回目で半周期遅れた負の２値パルスを印加した振動子を半周期遅れた正の２値パルスで駆動するように制御する手段とを備えたことを特徴とする超音波診断装置。An electronic scanning probe comprising a plurality of transducers, a first transmission drive circuit for generating a positive binary pulse, a second transmission drive circuit for generating a negative binary pulse, and the electronic scanning type A phase selection switch group provided between the probe and the first transmission drive circuit, and between the electronic scanning probe and the second transmission drive circuit; the first transmission drive circuit; and the second transmission drive circuit. A control unit that controls the transmission drive circuit and the phase selection switch group to perform transmission of the first ultrasonic wave and transmission of the second ultrasonic wave; and A waveform memory for storing a reflected ultrasonic signal for one acoustic line received by the electronic scanning probe after transmission as a first reception signal, and the electronic scanning probe after transmitting the second ultrasonic wave The second received signal and the first received signal that are reflected ultrasonic signals received at An adder that outputs a summed reception signal by adding timings in a time relationship in which the first and second ultrasounds have opposite phases, and generates an image from the summed reception signal Means for selectively applying either a positive binary pulse or a negative binary pulse delayed by a half cycle to each transducer in the first ultrasonic transmission. And a vibrator to which a positive binary pulse is applied at the first time in the second transmission of ultrasonic waves is driven by a negative binary pulse and half at the first time. An ultrasonic diagnostic apparatus comprising: means for controlling a vibrator to which a negative binary pulse delayed in a cycle is driven by a positive binary pulse delayed in a half cycle .

複数の振動子から構成される電子走査型探触子と、正の２値パルスを発生する第１送信駆動回路と、負の２値パルスを発生する第２送信駆動回路と、前記電子走査型探触子と前記第１送信駆動回路の間と前記電子走査型探触子と前記第２送信駆動回路の間とに設けられたクロスポイントスイッチと、前記第１送信駆動回路と前記第２送信駆動回路と前記クロスポイントスイッチとを制御して第１回目の超音波の送信と第２回目の超音波の送信とを行なうように制御する制御部と、前記第１回目の超音波の送信後に前記電子走査型探触子で受信した１音響線分の反射超音波信号を第１受信信号として記憶する波形メモリと、前記第２回目の超音波の送信後に前記電子走査型探触子で受信した反射超音波信号である第２受信信号と前記第１受信信号とを、前記第１回目の超音波と前記第２回目の超音波とが互いに逆位相となる時間関係でタイミングを合わせて加算して加算受信信号を出力する加算器と、前記加算受信信号から画像を生成する手段とを具備し、前記制御部に、前記第１回目の超音波の送信において各振動子に正の２値パルスか半周期遅れた負の２値パルスかのいずれかを選択的に印加して駆動するように制御する手段と、前記第２回目の超音波の送信において第１回目で正の２値パルスを印加した振動子を負の２値パルスで駆動するとともに第１回目で半周期遅れた負の２値パルスを印加した振動子を半周期遅れた正の２値パルスで駆動するように制御する手段とを備えたことを特徴とする超音波診断装置。 An electronic scanning probe comprising a plurality of transducers, a first transmission drive circuit for generating a positive binary pulse, a second transmission drive circuit for generating a negative binary pulse, and the electronic scanning type A cross-point switch provided between the probe and the first transmission drive circuit, and between the electronic scanning probe and the second transmission drive circuit; the first transmission drive circuit; and the second transmission. A control unit for controlling the drive circuit and the crosspoint switch to perform transmission of the first ultrasonic wave and transmission of the second ultrasonic wave, and after transmission of the first ultrasonic wave A waveform memory that stores a reflected ultrasonic signal for one acoustic line received by the electronic scanning probe as a first received signal, and received by the electronic scanning probe after the transmission of the second ultrasonic wave Second received signal and the first received signal, which are reflected ultrasonic signals And an adder that outputs the added reception signal by adding the timings in a time relationship in which the first ultrasonic wave and the second ultrasonic wave are in opposite phases with each other, and from the added reception signal Means for generating an image, and the control unit selects either a positive binary pulse or a negative binary pulse delayed by a half cycle for each transducer in the first transmission of ultrasonic waves. And a means for controlling to drive by applying the first, and the vibrator to which the positive binary pulse is applied at the first time in the second transmission of the ultrasonic wave is driven by the negative binary pulse and the first An ultrasonic diagnostic apparatus comprising: means for controlling a vibrator to which a negative binary pulse delayed by a half cycle at a second time is driven by a positive binary pulse delayed by a half cycle .

前記正の２値パルスで駆動する振動子の位置と、前記半周期遅れた負の２値パルスで駆動する振動子の位置は、開口中心に対して対称であることを特徴とする請求項２または３に記載の超音波診断装置。 3. The position of the vibrator driven by the positive binary pulse and the position of the vibrator driven by the negative binary pulse delayed by a half cycle are symmetric with respect to the center of the opening. Or the ultrasonic diagnostic apparatus of 3 .

前記正の２値パルスで駆動する振動子の数と、前記半周期遅れた負の２値パルスで駆動する振動子の数は、同数であることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の超音波診断装置。 5. The number of vibrators driven by the positive binary pulse and the number of vibrators driven by the negative binary pulse delayed by a half cycle are the same number. An ultrasonic diagnostic apparatus according to 1 .

前記正の２値パルスで駆動する振動子と、前記半周期遅れた負の２値パルスで駆動する振動子が、開口中心の片側を単位とする振動子群の中で交互に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の超音波診断装置。 The vibrator driven by the positive binary pulse and the vibrator driven by the negative binary pulse delayed by a half cycle are alternately arranged in a vibrator group having one side of the opening center as a unit. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 5 .