JPH0158982B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、たとえば医療用の超音波診断装置な
どに用いる超音波撮像装置のエコー信号処理回路
に関するものである。

〔従来の技術〕

超音波診断装置は、電気音響変換器で発生する
超音波を人体などの生体に向けて発射し、生体内
部で反射されて戻る反射波を受信して電気量のエ
コー信号に変換し、このエコー信号を用いて生体
内の断層像を映像表示するものである。この反射
波は、生体内での反射面が深くなるほど戻る時間
が遅くなるとともに、その周波数成分の中心周波
数および帯域幅が、高周波数、広帯域から低周波
数、狭帯域なものへと変化する。したがつて、反
射面の深さに対応する中心周波数および帯域幅の
信号をエコー信号から抽出して用いるのならば、
余分な雑音成分が除かれるので、信号対雑音比を
一層向上させることができるとともに、全画面に
わたつて一様に良質な画像を得ることができる。
特開昭52−59975号公報はこの現象を利用するも
ので、受信装置に電圧可変形のダイナミツク・フ
イルタを備え、超音波パルスの送信時刻を起点に
このフイルタの通過域を変更して、反射面の浅い
点から深い点までにわたり良好な品質の画像を得
る方法が示されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように、従来のいわゆる適応型（追跡型）
のマツチドフイルタによるエコー受信系は、アナ
ログ回路による可変特性のダイナミツクフイルタ
により実現されているが、この種のダイナミツ
ク・フイルタには次のような欠点がある。すなわ
ち、 その性能が部品のバラツキにより左右される
ので、製品毎に一々検査が必要となり、製造お
よび調整の工数がかかる、 温度特性や経年変化特性等がよくない、 設計上の自由度が限られる、 一方、その設計は、解析的な高度の専門知識
が必要となる、 などの欠点があつた。

本発明は、上述の欠点を解決したデイジタル信
号処理回路による適応フイルタあるいはマツチド
フイルタを実現する超音波撮像装置のエコー信号
処理回路を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

第１の発明は、エコー信号を時系列的に記憶す
る記憶回路と、この記憶回路に記憶したエコー信
号データを読み出して相手関数と共にコンボリユ
ーシヨン（畳込み）処理を行い、かつ生体などの
撮像対象物内での反射面の深さに対応してコンボ
リユーシヨン処理のための相手関数を時間の経過
とともに変化させるデイジタル信号処理回路とを
備えたことを特徴とする。

また、第２の発明は撮像対象物内での反射面の
深さに対応して変化する時間間隔でエコー信号を
サンプリングして記憶する記憶回路と、この記憶
回路から読み出したエコー信号データを一定の相
手関数とともにコンボリユーシヨン処理するデイ
ジタル信号処理回路とを備えたことを特徴とす
る。

〔実施例〕

以下、本発明を超音波診断装置に適用した場合
の実施例装置を図面に基づいて説明する。

第１図は第１の発明の実施例装置のブロツク構
成図である。

同図において、トリガ発生器１の出力端子をパ
ルス発生器２、ランプ（傾斜）信号発生器３、ア
ドレスカウンタ４のそれぞれの起動入力端子に接
続する。パルス発生器２の出力は電気音響変換器
５に導き、この変換器５が受信した信号は可変利
得増幅器６の入力に導く。この増幅器６の制御端
子にはランプ信号発生器３の出力端子を接続し、
また増幅器６の出力は、帯域幅が0.8MHz〜8MHz
の帯域フイルタ７を介してAD変換器８の入力に
導く。そしてクロツク発生器９の出力端子をAD
変換器８の作動タイミング端子に接続するととも
にアドレスカウンタ４のクロツク入力端子にも接
続する。

フレーム・メモリ１０は、１回の超音波照射に
より得られるエコー信号を１フレームにわたり記
憶する記憶部を２つ有し、マイクロ・プロセツサ
１１から信号線１２を介して送出される制御信号
により、上記２つの記憶部の一方を選択してアド
レスカウンタ４で指定されるアドレスに、AD変
換器８の出力信号を記憶する。この記憶されたデ
ータはマイクロ・プロセツサ１１によりアクセス
される。マイクロ・プロセツサ１１は、メモリ１
０から読み出したデータを処理するとともに、ト
リガ発生器１の起動入力端子に制御信号を送るな
どの装置全体の制御を行う。

次にこの装置の動作を説明する。

マイクロ・プロセツサ１１からの制御信号によ
りトリガ発生器１がトリガを出力すると、パルス
発生器２が方形波パルスを発生し、このパルスは
電気音響変換器５で超音波に変換されて、撮像対
象物である人体に向けて照射される。人体内の反
射面で反射した反射波は、電気音響変換器５に入
力して電気量のエコー信号に変換された後に増幅
器６に入力する。この反射波は、人体の周波数依
存性の超音波減衰により、人体内の反射面が浅い
ほど、戻る時間が早く、大振幅、高周波数、広帯
域なものとなり、一方反射面が深いほど、時間が
遅く、小振幅、低周波数、狭帯域なものとなる。

増幅器６は、トリガにより起動されるランプ信
号発生器３の傾斜電圧出力信号によつて、トリガ
後の時間が経過するほど、すなわち人体内の反射
面が深くなるほど、入力するエコー信号をその振
幅が次第に大きくなるように増幅してエコー信号
の振幅補正を行い、この後にエコー信号を帯域フ
イルタ７を介してAD変換器８に送る。AD変換
器８は、クロツク発生器９が発生するクロツクの
タイミングで、入力するエコー信号をデイジタル
信号に変換してメモリ１０に送出する。メモリ１
０は、マイクロ・プロセツサ１１により指定され
た側のメモリ１０の記憶部に、アドレスカウンタ
４の出力で決まるアドレスで入力デイジタルエコ
ー信号を記憶する。この動作をエコー信号１フレ
ーム、すなわち１回の超音波照射による反射面の
浅い位置から深い位置までのエコー信号について
行い、そのデータをメモリ１０に記憶する。

次に、マイクロ・プロセツサ１１は、フレー
ム・メモリ１０のデータを順次読み出し、これに
相手関数（Kernel：核波形という。）とともにコ
ンボリユーシヨン（畳込み）処理を行い、その処
理データを処理済データフアイルに格納する。そ
してエコー信号の帰投時間に応じて、この相手関
数を次第に変化させることにより、系の伝達関数
を時変的なもの、したがつて、反射面の深さに従
つた特性を実現している。

このコンボリユーシヨン処理は、通常の超音波
撮像装置のエコー信号処理回路で行われるエコー
信号のフイルタリングと同様の処理を行うもの
で、不要な雑音を除去するものである。本実施例
の特徴とするところは、この畳込み処理での核波
形を時間経過とともになまらせて畳込み処理を行
うことにより、コンボリユーシヨン処理による系
の伝達関数を反射面の深さに沿つて変化する特
性、すなわち時間経過に従い低周波数域および狭
帯域に移行するフイルタの特性にしてダイナミツ
クフイルタと同等の作用をさせている点にある。

これを第２図のフローチヤートを用いてさらに
詳しく説明すると、いま、未処理エコー信号用の
データフアイル（メモリ１０）と処理済エコー信
号用のデータフアイルとを同じ大きさとし、イン
パルス・レスポンスを規定する核波形の長さをそ
のデータフアイル長より十分小さくし、核波形の
初期値は予め与えられているものとする。

まず、トリガ発生器１がトリガを送出したこと
によりプログラムが開始され、アドレスポインタ
をクリヤする。このアドレスポインタは、コンボ
リユーシヨン処理を行うエコー信号データの区間
長の中心を決めるものである。

次に、コンボリユーシヨンの核波形を初期値に
設定し、エコー信号の送波原点に近い方、すなわ
ち反射面の浅い方の端のデータから、核波形の長
さに見合う区間長のデータを取り出し、アドレス
ポインタでその中心を決めて、その周辺に局所コ
ンボリユーシヨン処理を行う。コンボリユーシヨ
ン積分の結果値は、処理済みエコー信号用データ
フアイルのアドレスポインタのアドレスに格納す
る。なお、上述のデータの区間長は、画像の分解
能単位となる。

次に、上述のように１データ点分の処理、すな
わち１回のコンボリユーシヨン処理のたびに、所
定の手続きにしたがつて核波形をわずかずつ丸
め、あるいは、なまらせる処理を行う。なまらせ
処理は、サンプル値間に適当な干渉を起こさせる
ことにより、一種のデイジタルフイルタとして実
施される。なまらせ作業は、アドレスポインタの
値によりその作業内容が次第に変更されていく。
この核波形のなまらせ方が伝達関数の時変性を決
定することになる。このため、核波形をどのよう
になまらせるかは、反射波のレベル等に依存させ
たり、あるいは反射波のスペクトラムを調べたり
するなどして決めることができる。

核波形のなまらせ処理が完了したらアドレスポ
インタの値を昇算し、ついで、その値が所定のデ
ータ点列数となつたか否かを判断する。「否」で
ある場合には、再び局所コンボリユーシヨンを行
うステツプに戻り、上述の諸ステツプを繰り返
す。

第３図は、上述の処理を繰り返した結果の各波
形を示すもので、同図ａは未処理エコー信号の波
形、ｂは核波形、ｃは処理済みエコー信号の波形
である。同図において、時間が経過するほど、す
なわち反射面が深くなるほど、処理済みエコー信
号はその広域成分が抑圧されて、その位置での信
号対雑音比が向上する。なお、説明の便宜から第
３図中のｂの核波形の時間軸単位はａおよびｃの
エコー信号に比較して大きくしてあり、ａのごく
短い区間に対して、それぞれｂに示すようになま
つていく核波形によりコンボリユーシヨンを行つ
ている。

アドレスポインタの値が所定値に達するとコン
ボリユーシヨン処理は終了する。マイクロ・プロ
セツサ１１は、次のフレームのエコー信号を処理
するためにデータを読み出すフレーム・メモリ１
０の記憶部の選択を行い、その記憶部からデータ
を読み出している間に他方の記憶部にさらに次の
フレームのエコー信号を記憶するように制御を行
う。

処理済みエコー信号データはデータフアイルか
ら読み出されて、CRTの輝度入力等に利用され
て画像表示等を行う。

なお、本実施例装置では、コンボリユーシヨン
処理の核波形を次第に丸め、あるいはなまらせて
いく方法を用いているが、波形が異なる核波形を
予め複数個用意しておき、これらの核波形を順次
取り替えていく方法によつてもよいことは明白で
ある。

第４図は第２の発明の実施例装置のブロツク構
成図であり、同時中第１図と同じ構成のブロツク
には同じ符号を付す。

第４図において、トリガ発生器１の出力端子を
パルス発生器２、ランプ信号発生器３、アドレス
カウンタ４、第２のランプ信号発生器１３のそれ
ぞれの起動入力端子に接続する。パルス発生器２
の出力は電気音響変換器５に導き、この変換器５
が受信した信号は可変利得増幅器６の入力に導
く。この増幅器６の制御端子にはランプ信号発生
器３の出力端子を接続し、また増幅器６の出力
は、帯域幅が0.8MHz〜8MHzの帯域フイルタ７を
介してAD変換器８の入力に導く。

ランプ信号発生器１３の出力は電圧制御発振器
１４の入力に導き、同発振器１４の出力はAD変
換器８およびバツフア１５の作動タイミング端子
に導くとともにアドレスカウンタ４のクロツク入
力端子に導く。ランプ信号発生器１３は漸次に減
少する傾斜電圧信号を発生する発生器であり、電
圧制御発振器１４はこの傾斜電圧信号に対応して
発振出力の周波数が下がる発振器である。

AD変換器８の出力はバツフア１５を介してフ
レーム・メモリ１０に導く。このバツフア１５は
数語分のメモリ、あるいはレジスタにより構成さ
れる。フレーム・メモリ１０は、１回の超音波照
射により得られるエコー信号を１フレームにわた
り記憶する記憶部を２つ有し、マイクロ・プロセ
ツサ１１から信号線１２を介して送出される制御
信号により上記２つの記憶部の一方を選択して、
アドレスカウンタ４で指定されるアドレスに、バ
ツフア１５を介するAD変換器８の出力信号を記
憶する。この記憶されたデータはマイクロ・プロ
セツサ１１によりアクセスされる。

マイクロ・プロセツサ１１は、メモリ１０から
読み出したデータに一定帯域のデイジタルフイル
タとしての処理を行うとともに、トリガ発生器１
の起動入力端子に制御信号を送るなどの装置全体
の制御を行う。

次にこの装置の動作を説明する。

マイクロ・プロセツサ１１からの制御信号によ
りトリガ発生器１がトリガを出力すると、パルス
発生器２が方形波パルスを発生し、このパルスは
電気音響変換器５で超音波に変換されて、撮像対
象物である人体に向けて照射される。人体内の反
射面で反射した反射波は、電気音響変換器５に入
力して電気量のエコー信号に変換された後に増幅
器６に入力する。この反射波は、人体内の反射面
が浅いほど、戻る時間が早く、大振幅、高周波
数、広帯域なものとなり、一方、反射面が深いほ
ど、時間が遅く、小振幅、低周波数、狭帯域なも
のとなる。

増幅器６は、トリガにより起動されるランプ信
号発生器３の傾斜電圧出力信号によつて、トリガ
後の時間が経過するほど、すなわち人体内の反射
面が深くなるほど、入力するエコー信号をその振
幅が次第に大きくなるように増幅してエコー信号
の振幅補正を行い、この後にエコー信号を帯域フ
イルタ７を介してAD変換器８に送る。

AD変換器８は、電圧制御発振器１４の出力の
発振周期で入力するエコー信号をサンプリング
し、これをデイジタル信号に変換してバツフア１
５を介してメモリ１０に送出する。電圧制御発振
器１４は、ランプ信号発生器１３からの傾斜電圧
信号によつて、トリガ後の時間が経過するほどそ
の発振出力の周波数が下がるので、AD変換器８
がエコー信号をサンプリングする時間間隔は後に
なるほど長くなる。この発振器１４の発振出力は
アドレスカウンタ４のクロツク入力にも送られて
ここで波の数をカウントされ、そのカウント数は
フレーム・メモリ１０のアドレスとなる。このよ
うにAD変換器８がエコー信号をサンプリングす
るタイミングと、アドレスカウンタ４のカウント
数すなわちアドレスを１つ増加させるタイミング
とは一致するので、フレーム・メモリ１０のアド
レスには順番にエコー信号データが記憶されるこ
とになる。この動作をエコー信号１フレーム、す
なわち１回の超音波照射による反射面の浅い位置
から深い位置までのエコー信号について行い、そ
のデータをメモリ１０に記憶する。このようにし
てメモリ１０に記憶されたエコー信号データは時
間軸目盛が後になるほど縮まつた歪んだものとな
る。

マイクロ・プロセツサ１１は、メモリ１０から
順次データを読み出し、メモリ１０の番地間に差
別を設けない均等なコンボリユーシヨン処理を行
う。これは中心周波数および帯域幅が一定の一種
のデイジタルフイルタとしての処理であるが、メ
モリ１０内のデータは時間軸が後になるほど縮ま
つたものであるため、反射面の浅い位置から深い
位置のエコー信号に対してのコンボリユーシヨン
処理が、深い位置のエコー信号に対して順次なま
つた波形によるコンボリユーシヨン処理が行われ
るのと等価となる。すなわち、時間軸上で、反射
面が深いエコー信号ほど、低周波数域、狭帯域の
フイルタを通過するのと同じであり第１図に示し
た実施例装置と同じく信号対雑音比が向上する作
用効果が得られる。

このようにして処理したデータを後段で使用す
るに際しては、データの時間軸の歪を前提とし
て、あるいはそれを矯正するように逆補間を行う
などしてから利用することが必要である。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば装置が受信
する反射波の受信帯域が時間の経過とともに高周
波数域から低周波数域へ、広帯域から狭帯域へと
変化するのと等価な装置が構成できる。

このため、良好な信号対雑音比を得ることがで
き、画質の良好な画像を得ることが可能である。

さらに、アナログ回路であるダイナミツク・フ
イルタを用いることがないため、アナログ回路の
ダイナミツク・フイルタを使用するに伴う欠点を
解消することができ、 信号処理回路の主要部がデイジタル信号処理
回路であるため、性能が均一な製品を簡単につ
くれるので、製造および調整の工数を少なくで
きる、 まだデイジタル信号処理回路であるため温度
特性、経年変化等が安定したものを得れる、 さらにデイジタル信号処理であるためアナロ
グ回路の設計に伴う特性のゆらぎや事前解析や
予備実験等の必要性がなく設計上の自由度が大
きい などの効果を実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本第１発明の実施例装置のブロツク構
成図。第２図はマイクロ・プロセツサでの処理の
フローチヤート。第３図は各信号波形図。第４図
は本第２発明の別の実施例装置のブロツク構成
図。 ５……電気音響変換器、１０……フレーム・メ
モリ、１１……マイクロ・プロセツサ、１３，１
６……ランプ信号発生器、１４……電圧制御発振
器、１８……アナログ・シフト・メモリ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 撮像対象物に向けて超音波を発射し、この対
   象物内で反射されて戻る反射波を受信して電気量
   のエコー信号に変換する送受信回路と、この送受
   信回路からのエコー信号の処理を行い画像表示手
   段の輝度入力に与える処理回路とを備えた超音波
   撮像装置において、 上記処理回路は、 上記エコー信号を時系列的に記憶する記憶回路
   １０と、 この記憶回路に記憶したエコー信号データに対
   してコンボリユーシヨン処理を行い、かつ上記対
   象物内での反射面の深さに対応して上記コンボリ
   ユーシヨン処理のための相手関数を変化させるデ
   イジタル信号処理回路１１と を備えたことを特徴とする超音波撮像装置のエコ
   ー信号処理回路。 ２ 撮像対象物に向けて超音波を発射し、この対
   象物内で反射されて戻る反射波を受信して電気量
   のエコー信号に変換する送受信回路と、この送受
   信回路からのエコー信号の処理を行い画像表示手
   段の輝度入力に与える処理回路とを備えた超音波
   撮像装置において、 上記処理回路は、 上記対象物内での反射面の深さに対応して変化
   する時間間隔で上記エコー信号をサンプリングし
   て記憶する記憶回路と、 この記憶回路から読み出したエコー信号データ
   を一定の相手関数とともにコンボリユーシヨン処
   理を行うデイジタル信号処理回路と を備えたことを特徴とする超音波撮像装置のエコ
   ー信号処理回路。