超声波CT装置、其控制方法以及超声波发送接收装置与流程

本发明涉及一种超声波ct装置，尤其涉及其控制方法。

背景技术：

超声波ct(computedtomography，计算机断层扫描)装置是从处于各种位置的振子向放置在传播超声波的介质即超声波传播材料(水等)中的对象物的内部发送超声波，并通过处于各种位置的振子接收在对象物的表面或内部散射的超声波或穿过了对象物的内部的超声波，计算反映对象物的形状或音响特性的物性值(音速等)的分布，生成对象物的断层图像的超声波摄像装置，在专利文献1等中被公开。在专利文献1中公开了以下结构：包含一个发送器、一个接收器和一个发送接收分离器的发送接收器按照每个振子进行配置，从发送器向振子输出发送信号，接收器经由发送接收分离器接受振子的接收信号并进行处理。

另一方面，在一般的超声波诊断装置中，如专利文献2所示，公开了以下构造：包含一个发送器、一个接收器和一个发送接收分离器的发送接收器以少于振子的数量来准备，发送接收器通过振子选择开关来选择性地连接到某个振子。

在非专利文献2中公开了以下结构：在超声波ct装置中，当发送接收超声波时，首先选择发送用振子来发送超声波，接着选择接收用振子来接收超声波。

在超声波ct装置中，由于振子以包围对象物的方式例如配置成环状，因而配置的振子的数量比一般的超声波诊断装置的探头更多。在适合于乳癌诊察等的乳房用超声波ct装置中，作为一例，振子的数量为2048通道。另一方面，为了装置的小型化或低耗电化，期望减小信号处理电路的规模，并且期望包含发送器、接收器和发送接收分离电路的发送接收器的数量少于振子数的结构(例如256通道)。

此种结构的情况下，当相对于对象物发送接收超声波时，通过振子选择开关，将256通道的发送接收器连接于其以下的所期望数量的振子，从发送器向振子输出发送信号使其发送超声波。并且，当在对象物的表面散射等的超声波或透过了对象物的超声波到达振子前，瞬时地切换振子选择开关，将发送接收器连接于应接收超声波的256通道的振子，通过接收器经由各发送接收器的发送接收分离电路接受振子所接收的接收信号，并进行处理。将该发送以及接收动作重复多次，直到在全部的振子中对接收信号进行接收。例如，当全振子为2048通道且发送接收器的数量为256通道的情况下，重复8次发送接收。

然而，即使瞬时地切换振子选择开关，直到切换完成为止的期间，无法通过接收器接受振子接收到的接收信号。当对象物为乳房的情况下，由于前端部的直径小，但基底部(接近肋骨的部分)的直径大，因而在通过乳房用超声波ct装置对乳房的基底部进行计测时，具有乳房表面接近配置于环状的振子的特征。当对象物接近于振子的情况下，从振子发送超声波后，直到在对象物的表面散射等的超声波返回到振子为止的时间极短。因此，来不及进行振子选择开关的切换，接收器无法接受来自接近的对象物的接收信号，从而产生了无法精度良好地计测接近于振子配置的对象物的形状或音响特性的分布的问题。

另外，若从振子发送了超声波后，切换振子选择开关，将发送接收器连接于应进行接收的振子，则在振子选择开关的切换时，在振子选择开关中产生电性噪声。该电性噪声有时到达通过电路连接于振子选择开关的发送接收器的接收器。另外，有时在振子选择开关中产生的电性噪声到达通过电路连接的振子，作为超声波噪声从振子发送，通过接收器对振子接收了该超声波噪声在对象物散射后的超声波或穿过了对象物的超声波的接收信号进行接收。因此，也存在对象物的形状或音响特性的分布而计测精度降低的问题。

专利文献1：国际公开第2017/098641号

专利文献2：日本特许第4761673号

非专利文献1：compensationoftransducerelementpositionsinaringarrayultrasoniccomputertomographysystem(https://iopscience.iop.org/article/10.7567/jjap.54.07hf24)

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种超声波ct装置，其能够使用少于振子的数量的发送接收器，接收来自接近振子配置的对象物的反射信号等，通过接收器接受该接收信号。

为了解决上述课题，本发明的超声波ct装置具有排列有多个振子的振子阵列、数量少于振子的数量的发送接收器、以及按每个发送接收器配置的振子选择器。发送接收器分别包括将发送信号发送到振子的发送器和接受振子接收到的接收信号的接收器。振子选择器包括发送用振子选择器以及接收用振子选择器。发送用振子选择器是将所述发送器选择性地连接于振子阵列中的某一个振子的结构，接收用振子选择器是与发送用振子选择器独立地，将接收器选择性地连接于振子阵列中的某一个振子的结构。发送用振子选择器和所述接收用振子选择器能够同时将一个发送接收器内的发送器和接收器分别连接于同一振子或者不同振子上。

根据本发明，在超声波发送前，能够同时将一个发送接收器内的发送器和接收器分别连接于同一振子或者不同振子，因而能够在开始超声波的发送的同时，开始超声波的接收，也可以接收来自接近振子配置的被检体的反射信号。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式的超声波ct装置的整体结构的框图。

图2是第一实施方式的超声波ct装置的功能框图，表示发送时以及接收时的同时设定。

图3是表示第一实施方式的超声波ct装置的振子选择器4的电路结构的框图。

图4是表示第一实施方式的超声波ct装置的动作的流程图。

图5的(a)以及(b)是表示第一实施方式的超声波ct装置的动作的一部分的流程图。

图6是表示第一实施方式的超声波ct装置的动作序列的图。

图7的(a)～(f)表示第一实施方式的超声波ct装置的每个摄像视图的发送中使用的振子的区域(tx)和接收中使用的振子的区域(rx)的图。

图8是表示比较例的超声波ct装置的功能块和发送时的信号的流动的图。

图9是表示比较例的超声波ct装置的功能块和接收时的信号的流动的图。

图10的(a)以及(b)分别表示比较例的超声波ct装置的振子选择器4的发送时以及接收时的设定的框图。

图11是表示比较例的超声波ct装置的动作的流程图。

图12的(a)以及(b)是表示比较例的超声波ct装置的盲区121的纵剖面图以及横剖面图，(c)是表示因电性切换噪声而产生超声波噪声的说明图，(d)是表示超声波噪声被其他振子直接接收的例子的说明图。

图13是第二实施方式的超声波ct装置的功能框图，表示发送时以及接收时的同时设定。

图14是表示第二实施方式的超声波ct装置的振子选择器4的电路结构的框图。

图15是表示第二实施方式的超声波ct装置的动作序列的图。

附图标记说明

2-振子阵列、3-发送接收器、4、40-振子选择器、5-信号处理部、6-机构部、7-驱动部、8-存储部、9-输入输出部、10-显示装置、31-发送器、32-接收器、33-发送接收分离器、51-控制部、52-运算部、100-被检体、100a-乳房、101-床、102-计测部、103-容器、141、142-开关、330-发送接收分离器、420-接收用振子选择/发送接收分离器。

具体实施方式

对本发明的一实施方式的超声波ct装置进行说明。

<<第一实施方式>>

在本发明的第一实施方式中，对乳房用超声波ct装置进行说明。如图1以及图2所示，本实施方式的乳房用超声波ct装置具备：使被检体100搭载成俯卧状的床101、配置于在床101上设置的开口的下部的计测部102。计测部102具备：填充有水的容器103、振子阵列2、发送接收器3、振子选择器4、信号处理部5、使振子阵列2上下移动的机构部6、机构部6的驱动部7。填充有水的容器103以容器103的开口与床101的开口一致的方式固定于床101上，将被检体100的乳房100a插入。振子阵列2被配置于容器103的内侧或者外侧。

振子阵列2是排列有多个振子1的结构，在此，如图2所示是环形。作为一例，振子1的数量是2048通道。发送接收器3的数量少于振子1的数量，作为一例，是256通道。振子选择器4按照每个发送接收器3进行配置。

发送接收器3分别包括：发送器31、接收器32、发送接收分离器33。在信号处理部5内配置有控制部51和运算部52。控制部51将电信号s1输出到发送器31，同时控制振子选择器4的动作。运算部52对接收器32输出的接收信号s41进行运算处理，由此生成超声波ct图像。在信号处理部5上连接有用于从用户接受拍摄条件等的输入输出部9、存储部8、显示生成的ct图像等的显示装置10。

发送器31从控制部51接受应发送的电信号s1，并将其放大来生成发送信号s11，并输出到经由振子选择器4连接的振子1。接受了发送信号s11的振子1将发送信号s11变换成超声波信号s21并向乳房100a所配置的空间发送。超声波信号s21的一部分因乳房100a而散射以及反射，另一部分透过乳房100a并到达振子阵列2的多个振子1，被振子1变换成电信号即接收信号s31。

接收器32经由振子选择器4接受振子1接收到的接收信号s31，并将放大等处理后的接收信号s41输出到运算部52。发送接收分离器33防止从发送器31输出的发送信号s11被反射等而输入到接收器32。例如，发送接收分离器33是将信号值为阈值以上的信号(发送信号s11)反射，使比阈值小的信号(接收信号s31)通过的结构。

发送器31以及接收器32的数量(例如256ch：256通道)少于振子1的数量(2048ch)，因而振子选择器4将发送器31以及接收器32分别选择性地连接于振子1中的某一个，从连接于发送器31的256ch以下的振子1发送超声波信号，通过接收器32来接受256ch以下的振子1接收到的接收信号。

在本实施方式中，振子选择器4是包括发送用振子选择器41以及接收用振子选择器42的结构。发送用振子选择器41在控制部51的控制下，将发送器31选择性连接于振子阵列2的振子中的应发送超声波的振子1上。接收用振子选择器是在控制部51的控制下，与发送用振子选择器41相独立地将接收器32选择性连接于振子阵列2的振子中的应接收超声波的振子1的结构。通过此种结构，发送用振子选择器41和接收用振子选择器42能够设为将一个发送接收器3内的发送器31和接收器32分别同时连接于同一或者不同振子1的状态。

因此，由于在将发送信号s11从发送器31发送前，能够完成接收器32与振子1的选择性的连接，因而能够从超声波信号s21的发送开始时起接收超声波的反射信号。由此，是具备少于振子1的数量的发送接收器3的结构，并且能够接收来自接近振子1配置的对象物(乳房100a)的反射信号等，并通过接收器接受该接收信号，能够通过接收器32接受来自接近振子阵列2配置的对象物(乳房100a)的接收信号。另外，由于在发送和接收之间无需将振子选择器4切换成接收用，因而不产生伴随着切换的电性噪声，基于噪声少的接收信号，运算部52能够生成噪声少的超声波ct图像。

进一步对振子选择器41的结构进行说明。如图3所示，一个振子选择器4的发送用振子选择器41以及接收用振子选择器42分别具备将构成振子阵列2的振子1的数量(在此为2048ch)除以发送接收器3的总数(在此为256ch)而得到的数量(8个)的开关141、142。如图3所示，在发送用振子选择器41的开关141的一方的端子141a上连接有预先决定的8个振子1(在图3的例子中，为第1个、第257个、第513个、第769个、第1025个、第1281个、第1537个、第1793个)，在开关141的另一方的端子141b上均连接有发送器31。仅将开关141中的一个接通，将其他开关断开，由此能够将与接通的开关141连接的振子1选择性地连接于发送器31。另一方面，如图3所示，在接收用振子选择器的开关142的一方的端子142a上连接有预先决定的8个振子1(在图3的例子中，为第1个、第257个、第513个、第769个、第1025个、第1281个、第1537个、第1793个)，在开关142的另一方的端子142b上均连接有接收器32。仅将开关142的一个接通，将其他开关断开，由此能够将与接通的开关142连接的振子1选择性连接于接收器32。

由此，控制部51在将发送信号s11从发送器31发送到振子1前，选择性地接通被连接于一个发送接收器3的发送用振子选择器41的开关141中的一个，并且选择性接通接收用振子选择器42的开关142中的一个，由此能够设为将发送器31和接收器32分别连接于同一或者不同振子1的状态。之后，将发送信号从发送器31发送到振子，将超声波信号发送到被检体100，由此与发送同时地，接收器32能够接受已经连接于接收器32的振子的接收信号。由此，即使乳房100a接近于发送了超声波信号s21的振子1的情况下，也能够在与进行了发送的振子1同一振子或者其极为附近的振子中，接收反射信号等并传递到接收器32。

因而，接收器32能够在发送了超声波信号s21后立即开始接受接收信号。具体地说，即使在超声波信号s21的发送中，接收器32也能够开始接收信号的接受。

接着，使用图4及图5的流程图、图6的序列图以及图7的视图来说明使用本实施方式的乳房用超声波ct装置，在乳房100a的多个深度位置分别得到断层像，由此得到乳房100a的三维信息时的各部的动作。在此，作为一例，对拍摄乳房100a的反射波图像的例子进行说明。

此外，发送接收器3以及信号处理部5通过具备cpu(centralprocessingunit，中央处理单元)或gpu(graphicsprocessingunit，图形处理单元)等处理器和存储器的计算机等构成，cpu读入存储器中存储的程序来执行，由此能够通过软件来实现发送接收器3以及信号处理部5的各部的功能，并且还能够通过硬件来实现其中一部分或者全部。例如，使用如asic(applicationspecificintegratedcircuit，专用集成电路)这样的定制ic或者如fpga(field-programmablegatearray，现场可编程门阵列)这样的可编程ic来构成发送接收器3以及信号处理部5，以实现发送接收器3以及信号处理部5的各部的功能的方式进行电路设计即可。

首先，控制部51通过输入输出部9从用户接受超声波ct装置的摄影条件。控制部51将设定的条件等保存于存储部8中。

被检体100俯卧搭载于床101上，乳房100a插入容器103内，若控制部51经由输入输出部9从用户接受摄像开始的指示，则控制部51选择发送中使用的振子1和接收中使用的振子1(步骤401)。步骤401中的控制部51的动作如图6的序列图所示，首先，向发送接收分离器33输出开启动作的控制信号s51。之后或者与此同时，对于发送用振子选择器41以及接收用振子选择器42分别输出选择一个开关141以及开关142的控制信号52-1、52-2。由此，例如图7的(a)所示，将环状的振子阵列2(例如2048ch)分成8份，将发送接收器3的发送器31经由发送用振子选择器41分别连接于与发送接收器3相同数量(例如256ch)的区域(tx)的各振子1。另外，如图7的(a)所示，将发送接收器3的接收器32经由接收用振子选择器42分别连接于振子阵列2的区域(tx)的左侧相邻区域(rx:256ch)的各振子1。

接着，控制部51使超声波信号s21从区域(tx)的振子1发送，接收到达了区域(rx)的振子的超声波，通过接收器32接受接收信号(步骤402)。具体地说，如图6的序列图所示，控制部51将电信号s1发送到各发送器31。由此，发送器31将电信号s1放大，生成发送信号s11，输出到经由发送用振子选择器41连接的区域(tx)的振子1。振子1将发送信号s11变换成超声波信号s21后进行发送。另外，控制部51向各接收器32输出用于指示接收信号的接收的信号s53。由此，接收器32接收区域(rx)的振子1输出的接收信号并进行放大，输出到运算部52。运算部52将其存储于存储部8中。

此时，如图5的(a)所示，可以在结束发送超声波信号s21后，开始接收被乳房100a反射的超声波(步骤402-1、402-2)，也可以如图5的(b)所示，与超声波的发送开始同时地开始接收(步骤402)。这是通过本实施方式的发送用振子选择器41和接收用振子选择器42可以同时分别选择振子的结构而能够实现的动作。

在图7的(a)～图7的(f)的各视图中，按顺序重复上述步骤401、402(步骤403)。图7的(a)～(c)的三个视图的发送超声波信号s21的区域(tx)的位置相同。图7的(d)～(f)的三个视图的发送超声波信号s21的区域(tx)的位置相同，但相对于图7的(a)～(c)的视图，位置在顺时针方向上偏离256ch的一半的量(128ch)。另外，图7的(b)和图7的(e)的视图的发送超声波信号s21的区域(tx)和接收超声波信号s21的区域(rx)是同一区域。

运算部52对在各视图中得到的接收信号进行处理，通过公知的方法来生成乳房100a的剖面像(反射波图像)(步骤404)。

在深度方向上以预定的间距变更振子阵列2的位置的同时重复上述步骤401～404，由此，在预先设定的全部的深度生成乳房100a的断层像(步骤405、406)。由此，能够获取乳房100a的三维数据。

<比较例>

在此，使用图8～图11来说明比较例的超声波ct装置。

比较例的超声波ct装置的振子选择器40的结构与第一实施方式的振子选择器4不同。如图8以及图9所示，振子选择器40不分为发送用振子选择器41和接收用振子选择器42，如图10的(a)、(b)所示，是通过8个开关140，在发送时和接收时选择振子1的结构。具体地说，如图8以及图10的(a)所示，在发送时使振子选择器40的开关140中的一个接通，将一个振子1(例如第1个振子)连接于发送器31。另外，如图9以及图10的(b)所示，在接收时，振子选择器40的开关140中的一个被切换为接通，将一个振子1(例如第257个振子)连接于接收器32。其他结构与第一实施方式相同。

在比较例的超声波ct装置中，如图11的流程图中示出发送接收的动作那样，在发送前通过振子选择器40将一个发送用振子1选择性地连接于发送器31后(步骤501)，从发送器31将发送信号发送到振子1，发送超声波信号(步骤502)。接着，切换振子选择器40，将接收用振子1选择性地连接于接收器32后(步骤503)，接收器32接收振子1的接收信号(步骤504)。

即，比较例的发送接收的动作与第一实施方式的图5的(a)、(b)的流程不同，若在发送超声波信号后进行切换振子选择器40并将接收用振子连接于接收器32的动作，则无法通过接收器32对接收信号进行接收。因此，在比较例的超声波ct装置中，即使在超声波信号的发送后，瞬时切换振子选择器40，在到切换完成为止的期间，无法通过接收器32接受接收用振子1接收到的接收信号。因此，在比较例的超声波ct装置中，如图12的(a)、(b)所示，被接近于振子阵列2的乳房表面反射等而在极短时间到达振子的反射波无法通过接收器32进行接收，产生无法获取图像的盲区121。

另外，如图12的(c)所示，在比较例的装置中，从振子发送了超声波后，切换振子选择器40，将接收器32连接于应进行接收的振子上，因而在切换振子选择器40时，产生电性噪声。该电性噪声作为电信号而到达接收器32，有时给生成的断层图像带来影响。

另外，若该电性噪声到达连接于振子选择器40的振子1，则作为超声波噪声从振子被发送。该超声波噪声如图12的(d)所示，有时被在发送了超声波噪声的振子1的方向上具有灵敏度的其他振子直接接收。与在乳房100a反射或散射等的超声波信号相比较，被直接接收的超声波信号的能量较大，给生成的断层图像带来影响。

相对于此种比较例，第一实施方式的超声波ct装置通过将振子选择器40分为发送用振子选择器41和接收用振子选择器42，能够在发送前将发送用振子1和接收用振子1双方设置成连接于发送器31和接收器32的状态。因此，即使在向接近于振子阵列2而配置的乳房100a的表面发送了超声波的情况下，也能够在极短时间中接收到达其他振子1的反射信号，不会产生盲区121。另外，具有在发送和接收之间无需切换振子选择器40，从而不会产生电性噪声的优点。

<<第二实施方式>>

使用图13～图15来说明第二实施方式的乳房用超声波ct装置。

第二实施方式的乳房用超声波ct装置是与第一实施方式的装置相同的结构，但与第一实施方式的不同点在于，将第一实施方式的发送接收分离器33兼用为构成接收用振子选择器42的开关142。

具体地说，第二实施方式中，作为发送接收分离器330，使用具有开关功能的发送接收分离器，如图13以及图14所示，通过代替接收用振子选择器42的开关142来配置，构成接收用振子选择/发送接收分离器420。

作为具有作为开关的功能的发送接收分离器330，例如，使用包括通过多个半导体二极管来构成电桥电路的二极管电桥电路，通过切换从臂的中间点向二极管施加的电压的大小来切换成短路状态和断路状态的结构。此种发送接收分离器330在短路时使小信号(接收信号)通过，但大信号(发送信号)被阻挡(block)(大幅衰减)，在断路时，小信号以及大信号均被阻挡(大幅衰减)。

如图15所示，控制部51输出用于切换施加到构成接收用振子选择/发送接收分离器420的发送接收分离器330的二极管的电压信号的控制信号s152，仅将连接于应接受接收信号的振子的发送接收分离器330短路，将其他发送接收分离器330断路。由此，在选择应进行接收的振子1的同时，能够将发送信号与接收信号分离。

第二实施方式的乳房用超声波ct装置的其他的结构以及动作与第一实施方式相同，因而省略说明。

第二实施方式的乳房用超声波ct装置的接收用振子选择/分离器420兼用发送接收分离器和振子选择器，因而能够减小电路规模，使装置小型化。

此外，在上述的第一以及第二实施方式中，发送用振子选择器41的开关141的数量可以不同于接收用振子选择器42或者接收用振子选择/发送接收分离器420的开关141或者具备开关功能的发送接收分离器330的数量。例如，可以在发送接收器3内，多于发送器31地配置接收器32，将比发送中使用的振子多的振子1通过开关141或者具备开关功能的发送接收分离器330连接于接收器32，对接收信号进行接收并处理。由此，由于能够使用多个接收信号来生成ct图像，因而能够提高图像精度。