JPH02136130A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は生体内に超音波パルスを送波してそのエコー信
号を受波し、信号処理を行って超音波像を映出する超音
波診断装置に関するものである。

〔従来の技術〕

上述した超音波診断装置において、最近では生体中に送
波する超音波パルスのピークエネルギーの生体に与える
影響が注目されている。このような生体に与える影響を
軽減するために超音波パルスのピークエネルギーを小さ
（するとエコー信号のＳ　／　Ｎが低下し、高品位な超
音波像が得られなくなってしまう。そこで、レーダの分
野で採用されているパルス圧縮技術を超音波診断装置に
応用しようとする試みがなされている。その−船内な手
法としては、特公昭６３−８７８２号公報に記載されて
いるように、表面弾性波（Ｓｕｒｆａｃｅ　八ｃｏｕｓ
ｔｉｃ　ｌ’１ａｖｅの頭文字をとってＳＡｌ’ｌと略
記されている）フィルタを用いて送信パルスのエネルギ
ーを時間的に分散させて生体中に送波し、そのエコー信
号を受波後、ＳＡＷデバイスを用いたマツチドフィルタ
で圧縮するようにした超音波診断装置が提案されている
。

また、上述したＳＡＷ　フィルタを用いる代わりに周波
数が時間的に変化するチャープパルスの波形データをデ
ジタルデータとしてメモリに記憶しておき、送波時にこ
れを読み出してアナログチャープパルス波形を合成し、
これを生体内へ送波し、受波時には送波したチャープパ
ルスと同様の波形を有する参照波と受信波との相関をと
ることによって受信波を時間に圧縮する方法も考えられ
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述したようなチャープパルスを利用して超音波診断装
置を用いて動きの比較的速い診断対象を観察する場合、
送波レートを上げると、すなわち走査周期を短くすると
、成る走査における送波によるエコーの内、遠距離点か
らのエコーが超音波プローブに返って来ない内に次の走
査における送波を行うことになる。したがって、前回の
走査における遠距離点からのエコーが次の走査時に受波
される可能性が大きくなり、これがノイズとなり、ｉ高
品位の超音波像が得られない欠点がある。

本発明の目的は、上述した欠点を除去し、動きの速い診
断対象に対応するために送波レートを上げた場合にも成
る走査における遠距離点からのエコーが次の走査に影響
を与えず、したがってノイズの少ない超音波像を得るこ
とができる超音波診断装置を提供しようとするものであ
る。

〔課題を解決するための手段および作用〕本発明は、生
体内に超音波チャープパルスを送波して、そのエコー信
号を受波し、このエコー信号をパルス圧縮して得られる
信号を処理して超音波像を映出する超音波診断装置にお
いて、ダウンチャープパルスおよびアップチャープパル
スを交互に切換えて送波する送波手段と、ダウンチャー
プパルスおよびアップチャープパルスの送波に対応して
エコー信号のダウンチャープ圧縮およびアップチャープ
圧縮を交互に切換えて行う受波手段とを具えることを特
徴とするものである。

このような本発明の超音波診断装置においては、ダウン
チャープおよびアップチャープを順次の走査毎に切り換
えるようにしたため、例えばダウンチャープパルスを送
波する成る走査において遠距離点から反射されて来るエ
コー信号が次の走査において受波されても、次の走査に
おいてはアンプチャープ圧縮が行われるためチャープ波
形が異なり、圧縮されず、画像信号中には現れなくなる
。

したがってノイズの少ない高品位の超音波像が得られる
ことになる。

〔実施例〕

第１図は本発明による超音波診断装置の基本的構成を示
すブロック図である。超音波を送信および受信する超音
波振動子１には、第１の切換スイッチ２を介してアップ
チャープ送波器３およびダウンチャープ送波器４を交互
に接続できるように構成する。また、超音波振動子１で
受波されたエコー信号は第２の切換スイッチ５を介して
アップチャープ圧縮回路６およびダウンチャープ圧縮回
路７に交互に供給するようにし、さらにこれらアップチ
ャープ圧縮回路およびダウンチャープ圧縮回路の出力信
号を第３の切換スイッチ８を経て表示装置９に交互に供
給するように構成する。第１゜第２および第３の切換ス
イッチ２，５および８は制御回路１０によって走査周期
に同期して駆動するようにする。

先ず、切換スイッチ２．　５．　８を第１図において実
線で示す位置に駆動し、アップチャープ送波器３から第
２図Ａに示すように時間の経過に伴って周波数が連続的
に高くなるアップチャープパルスを発生させ、これをス
イッチ２を介して超音波振動子１に供給してアップチャ
ープパルスを発生させ、これを生体内に送波する。生体
から反射されて来たエコーは超音波振動子１で受波され
てエコー信号に変換され、さらにスイッチ５を経てアッ
プチャープ圧縮回路６に供給され、ここで周波数圧縮さ
れ、第２ｌ８に示すように振幅が増幅された信号が得ら
れる。この信号はスイッチ８を経て表示装置９に供給さ
れ、ここで信号処理され、そのモニタスクリーン上に超
音波像として可視表示される。

次の走査期間では制御回路１０によりスイッチ２゜５．
８を第１図において破線で示す位置に切換え、ダウンチ
ャープ送波器４から第２図Ｃに示すように周波数が時間
とともに連続的に減少するダウンチャープパルスを発生
させ、これをスイッチ２を介して超音波振動子ｌに供給
し、ダウンチャープパルスを生体内に送波し、生体から
反射されるエコーパルスを受波し、エコー信号としてス
イッチ５を介してダウンチャープ圧縮回路７に供給して
パルス圧縮を行い、得られる信号をスイッチ８を経て表
示装置９に供給し、超音波像として表示する。このよう
に、各走査周期毎にスイッチ２，５８を切換え、アップ
チャープパルスによるエコー信号はアップチャープ圧縮
回路６で圧縮し、ダウンチャープパルスによるエコー信
号はダウンチャープ圧縮回路７で圧縮するようにする。

被診断部位が速い速度で運動している場合には走査周期
を短くし、送波レートを上げるが、これにより遠距離点
からのエコーが次の走査周期で受波されるようになるが
、各走査毎にアップチャープとダウンチャープを切換え
ているため、次の走査周期にずれ込んだ遠距離点からの
エコー信号のチャープ波形は圧縮のためのチャープ波形
とは異なり、適正に圧縮されず、圧縮回路６および７の
出力信号中には有効に現れなくなる。したがって表示装
置９で表示される超音波像はノイズが極めて少ないもの
となり、高品位なものとなる。勿論、パルス圧縮を利用
しているので、送波パルスのピークエネルギーを余り大
きくしなくても振幅の大きい信号が圧縮回路６．７から
得られるため、生体に及ぼす影響を軽減できるとともに
種々の回路素子の耐圧もそれ程高（する必要はない。

第３図は本発明による超音波診断装置の一実施例の構成
を示すブロフク図である。超音波振動子１１はチャープ
パルス送波回路１２およびチャープ圧縮回路１３に接続
されている。チャープパルス送波回路１２はリレー１４
．１５、それぞれＳＡＷ　フィルタより成るアップチャ
ープ用分散フィルタ１６およびダウンチャープ用分散フ
ィルタ１７およびパルサ１８を具えている。また、チャ
ープ圧縮回路１３はリレー１９、２０．　　、アップチ
ャープ圧縮用マツチドフィルタ２１、ダウンチャープ圧
縮用マツチドフィルタ２２を具えている。リレー１４．
　１５．　１９．２０は制御回路２３により駆動制御さ
れ、各走査毎にリレーのアームを切換えるようにする。

また、この制（和回路２３は表示装置２４をも制御する
ようにしている。

成る走査周期の開始時に制御回路２３がパルサ１８へ送
波トリガ信号を供給すると、パルサは広帯域なスペクト
ル成分を持つ鋭い送波パルスを発生する。この送波パル
スはリレー１５を介してアップチャープ用分散フィルタ
１６に供給され、エネルギーが時間に分散したアップチ
ャープパルスに変換される。このアップチャープパルス
はリレー１４を介して超音波振動子１１に供給される。

生体から反射されるアップチャープパルスのエコーは超
音波振動子１１で受波され、エコー信号に変換され、リ
レー１９を経てアップチャープ圧縮用マツチドフィルタ
２１で圧縮され、その出力信号はリレー２０を介して表
示装置２４に供給され、適切に処理されてモニタスクリ
ーン上に当該走査線の情報として表示される。

超音波振動子１１は、例えば内視鏡挿入部の先端に回転
可能に配置されており、挿入部内に延在されている回転
軸を介して挿入部の後端に配置された副繰作室の内部に
設けられ、制御回路２３によって駆動制御されるモータ
によって回転され、所定の走査を行うようになっている
。このモータの回動に伴う次の走査周期中、制御回路２
３はリレー１４゜１５、１９．２０を第３図に示す位置
とは反対の位置に切換え、パルス１８にトリガ信号を送
出する。このときパルス１８から供給される送波パルス
はダウンチャープ用分散フィルタ１７により時間的にエ
ネルギーが分散したダウンチャープパルスに変換され、
超音波振動子１１に供給される。生体により反射された
ダウンチャープパルスは超音波振動子１１により受波さ
れ、ダウンチャープ圧縮用マツチドフィルタ２２に供給
され、ここで圧縮される。ダウンチャープ圧縮用マツチ
ドフィルタ２２から出力される信号はリレー２０を経て
表示装置２４に供給され、次の走査線情報として表示さ
れる。

上述したアップチャープおよびダウンチャープの動作を
順次に繰り返すことにより成る走査において送波され遠
距離点から反射されるエコーが次の走査において受波さ
れても、これらの順次の走査ではチャープ波形が異なる
ため適正に圧縮されず、次の走査線に対しては殆ど影響
を与えることはない。したがって動きの速い検体に追従
するために送波レートを上げても走査線間の画像のずれ
込みは殆どなくなり、高品位の超音波像が得られること
になる。

第４図は本発明による超音波診断装置の他の実施例を示
すものである。超音波振動子２６は前例と同様に図示し
ないモータにより回転され、メカニカルラジアルスキャ
ンを行っている。超音波振動子２６はチャープパルス発
生回路２７およびチャープパルス圧縮を行う本目関回路
２８に接続されている。

チャープパルス発生回路２７はメモ’Ｊ２９．３０、リ
レー３１．　３２、Ｄへコンバータ３３．　３４、ミキ
サ３５．　３６、ローカル信号発生器３７、加算器３９
、パルサ３９を具えている。また、相関回路２８はデイ
レイライン４０、ミキサ４１−１〜４１−眠参照波メモ
リ４２、加算器４３を具えている。制御回路４４は制（
Ｂライン４５を介してチャープパルス発生回路２７のリ
レー３１．３２を走査周期に同期して切換えるとともに
データバス４６を介して参照波メモリ４２に参照波デー
タを供給して書換えるようになっている。さらに、相関
回路２８の加算器４３の出力信号を表示装置４７に供給
し、超音波像を映出するようにする。

チャープパルス発生回路２７のメモリ２９および３０に
はチャープパルスのデジタルデータが格納されているが
、このデータを基にしてアナログチャープパルスを作成
する際にこれらメモリの動作速度の限界を超える高い周
波数のチャープ波を合成することができるようにチャー
プパルスのデジタルデータは複素数データの形態で格納
している。すなわち、これらメモ１Ｊ２９．３０のデジ
タルデータをＤ＾コンバータ３３．３４でアナロク信号
に変換し、ローカル信号発生器３７から発生される互い
に９０°位相が異なるローカル信号とミキサ３５．３６
で混合することにより中心周波数の高い高帯域なチャー
プ波を作成するようにしている。

今、目的とするチャープ波の帯域をω。・ω（中心周波
数がω。で、帯域幅が２ω）とすると、一方のメモリ２
９には−ω〜ωのＣＯＳ波（中心周波数は零）、他方の
メモリ３０には−ω〜ωのｓｉｎ波（中心周波数は同じ
く零）のデータを格納し、ローカル信号発生器３７の発
振周波数をω。とする。

ここでリレー３１．３２を第４図に示す位置とし、メモ
リ２９および３０から読出したデータをＩ）Ａ変換した
後の信号の瞬時角速度をω′としたときのミキサ３５お
よび３６の出力信号は以下のように書ける。

ｃｏｓ　ω’ｔ　ｘｃｏｓ　ω。ｔ＝　％　（ｃｏｓ（
ω’　−ω。）ｔ＋　ｃｏｓ（ω′十ω。）１　） ｓ＋ｎ　ω’ｔ　ｘｓｉｎ　ω。ｔ＝　’／２　（ｃｏ
ｓ（ｃｔ＋　’　−ω。）ｔｃｏｓ　（ω′＋ω。）１
　） これらミキサ３５および３６の出力信号にそれぞれ含ま
れる（ω′＋ω。）の周波数の成分は互いに位ト目が逆
となるため、加算器３８の出力はくω′−ω。）の周波
数の成分だけとなる。一方、リレー３１．３２を第４図
に示す位置とは反対の位置に切り換えて、メモリ２９に
格納されていたデータをミキサ３６で５ｌｎｏｖｏｔと
混合し、メモリ３０に格納されていたデータをミキサ３
５でＣＯＳωｏｔと混合すると、これらミキサの出力信
号は次のように表わされる。

ｓｉｎ　　ω　’　　ｔ　　Ｘｃｏｓ　　ωｏｔ＝　　
％　　（ｓｉｎ（ω　’＋　　ω。）ｔ↑５ｉｎ（ω′
−ω０）ｔ） ｃｏｓ　　　ω　′　ｔ　　　ｘｓｉｎ　　　ｔｏｏし
＝　　’／２　　　（ｓｉｎ（ω　’＋　　　ω。）ｔ
ｓｉｎ（ω　−ω。）１　　） となり、上記の場合とは逆に加算器３８の出力は（ω′
＋ω。）の周波数成分だけとなる。したがってメモリ２
９および３０から一ωからωまでのＣＯＳおよびｓｉｎ
データを読み出すと、リレー３１．３２が第４図の位置
にあるときは加算器３８の出力はω。＋ωからω。−ω
までスイープすることにより、パルス３９からはダウン
チャープパルスが得られ、リレー３１゜３２が第４図に
示す位置とは反対の位置になると、加算器３８の出力は
ω。−ωからω。＋ωまてスイープすることになり、パ
ルサ３９からはアップチャープパルスが得られることに
なる。このように制御回路４４によってリレー３１．３
２を各走査毎に切り換えることによりアップチャープパ
ルスおよびダウンチャープパルスを交互に出力すること
ができる。

生体により反射されたエコーは超音波振動子２６によっ
て受波され、エコー信号に変換され、相関回路２８に人
力される。この相関回路２８ではディレイライン４０と
ミキサ４１−１〜４１−ｎを用いて送波パルスと同様の
波形を持つ参照波とエコー信号とのたたみ込み積分を求
めて相互相関をとることによってエコー信号の圧縮を行
っている。この場合、入力されるエコー信号は各走査毎
にアップチャープおよびダウンチャープと交互に変化す
るので、参照波データを記憶しておくメモリ４２の内容
もこれに対応してアップチャープパルス圧縮用データお
よびダウンチャープ圧縮用データと各走査毎に交互に書
き換える必要がある。この書き換えはデータバス４６を
介して制御回路４４が行っている。

本実施例では、ＳＡＷデバイスを用いることなくアップ
チャープおよびダウンチャープを用いたパルスの伸長・
圧縮を行うことができ、アンプチャープおよびダウンチ
ャープの周波数特性を超音波振動子に容易に適合させる
ことができるという追加の利点が得られる。

本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、幾
多の変更や変形が可能である。例えば第４図に示した実
施例においては、１ル−３１．３２を用いてメモ１Ｊ２
９．３０から読み出したデータをミキサ３５．３６に交
互に切換えて供給するようにしたが、これらのリレーを
省き、減算器を設け、ミキサ３５゜３６の出力信号を加
算器３８および減算器に各走査毎に交互に切換えて供給
するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

上述したように、本発明の超音波診断装置ｌにおいては
、順次の走査毎にアップチャープおよびダウンチャープ
を交互に切換えてパルス圧縮を行うようにしたため、成
る走査での遠距離点からのエコーが次の走査において受
波されても、チャープ波形が異なるため適正に圧縮され
ず、画像に殆ど影響を与えることがなくなる。したがっ
て、動きの速い被検体に応じて送波レートを上げても走
査線間での画像のずれ込みは殆どなくなり、高品位の超
音波像が得られることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による超音波診断装置の基本的構成を示
すブロック図、 第２図Ａ−Ｃは同じくその動作を説明するための波形図
、 第３図は本発明による超音波診断装置の一実施例の構成
を示すブロック図、 第４図は同じく他の実施例の構成を示すブロック図であ
る。 １・・・超音波振動子　　　２．　５．　８・・・スイ
ッチ３・・・アップチャープ送波器 ４・・・ダウンチャープ送波器 ６・・・アップチャープ圧縮器 ７・・・ダウンチャープ圧縮器 ９・・・表示装置　　　　　１０・・・制御回路１１・
・・超音波振動子　　　１２・・・送波回路１３・・・
圧縮回路 １６・・・アップチャープ用分散フィルタ１７・・・ダ
ウンチャープ用分散フィルタ１８・・・バルサ ２１・・・アップチャープ圧縮用マンチドフィルタ２２
・・・ダウンチャープ圧縮用マツチドフィルタ２３・・
・制御回路　　　　　２４・・・表示装置２６・・・超
音波振動子 ２７・・・チャープパルス発生回路 ２８・・・相関回路　　　　　２９．　３０・・・メモ
リ３５、３６・・・ミキサ　　　　３７・・・ローカル
信号発生器３８・・・加に器３９・・・パルサ ４０・・・ディイレライン　　４１−１〜４１−ｎ・・
・ミキサ４２・・・参照波メモリ４３・・・加算器４４
・・・制御回路　　　　　４７・・・表示装置特許出願
人　　　オリンパス光学鉱業株式会社第１図 ；ｉ二２図 １、事件の表示 昭和６３年 ２、発明の名称 昭和６３年１２月２９日 １、明細書第２頁第４行の「の生体にＪを「が生体に」
に訂正する。 ２、同第３頁第８行の「利用して」を「利用した」に訂
正する。 ３、同第６頁第１９行の「減少する」を「低くなる」に
訂正する。 ７、同第７頁第１３行の「上げるが、」を［上げ、Ｊに
訂正する。 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 オリンノマス光学工業株式会社 ４、代

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、生体内に超音波チャープパルスを送波して、そのエ
   コー信号を受波し、このエコー信号をパルス圧縮して得
   られる信号を処理して超音波像を映出する超音波診断装
   置において、ダウンチャープパルスおよびアップチャー
   プパルスを交互に切換えて送波する送波手段と、ダウン
   チャープパルスおよびアップチャープパルスの送波に対
   応してエコー信号のダウンチャープ圧縮およびアップチ
   ャープ圧縮を交互に切換えて行う受波手段とを具えるこ
   とを特徴とする超音波診断装置。