JPH02245921A - 超音波信号のａ／ｄ変換回路 - 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】 ［目次コ 概要 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段 作用 実施例 発明の効果 ［概要］ 本発明は、アナログの超音波１言号をデジタル値へ変換
する回路に間し、 広いダイナミックレンジの確深およびコストの低減が可
能となる回路の提供を目的とし、アナログの超音波信号
をビット幅が比較的狭いデジタル値へ相異なるゲインで
各々変換する複数の回路と、前記各回路より出力された
デジタル値のうちオーバーフローが生じていない最大の
罐を外部から与えられた指示に従って選択する回路と、
を有する、ことにより構成される。

［産業上の利用分野］ 本発明は、アナログの超音波信号をデジタル値へ変換す
る回路に間する。

デジタル値が内部処理の対象となる超音波診断装置にお
いては、生体中から受信した超音波信号（以下、超音波
反射信号）がこの種の回路によりデジタル信号へ変換さ
れている。

［従来の技術］ 第８図では超音波診断装置において使用される従来回路
の構成が説明されており、この従来回路はＡ／Ｄ変換回
路８０のみを用いて構成されている。

そのＡ／Ｄ変換素子８０には中心周波数が約３゜５ＭＨ
ｚの超音波反射信号が人力されており、Ａ／Ｄ変換素子
８０によりデジタル値へ変換された超音波反射信号の周
波数解析が超音波診断装置内で行なわれる。

これにより生体組織の音響特性が算出され、その音響特
性を用いて生体組織の質的な診断が行なわれる。

ここで、Ａ／Ｄ変換素子８０においては超音波反射信号
がＡ／Ｄ変換の際にオーバーサンプリングされており、
そのサンプリング周波数は一般に１６〜２０ＭＨ２の範
囲で決定される。

したがって、Ａ／Ｄ変換素子８０にはサンプリング周波
数の高いものが使用される。

また、生体内部の深い位置から受信した超音波反射信号
が第９図のように著しく減衰するので、その微弱な超音
波反射信号も十分な精度でデジタル信号へ変換すること
が必要となる。

この精度としては有効ビット長が７ビツト以上なること
が要求されており、このため、Ａ／Ｄ変換変換日子８０
力ビツト幅の広いものを選択することが望ましい。

そこで、上記の高速サンプリングが可能であって出力ビ
ツト幅が最大となる１２ビツトのものがＡ／Ｄ変換素子
８０に使用されていた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、平均減衰係数が０．７ｄＢ／ＭＨｚ／ｃ
ｍの生体組織から受信した超音波反射信号を上記Ａ／Ｄ
変換素子８０でデジタル値へ変換した場合、有効ビット
長が７ビツト精度となるデジタル値の得られる深さが約
６ｃｍとなるので、それ以上の深さに対して十分なダイ
ナミックレンジを確保することが困難となる。

また、前記の高速サンプリングが可能で出力ビツト幅が
１２ビツトと広いＡ／Ｄ変換索子８０が高価となるので
、この種の回路（すなわち、超音波診断装置）の製造コ
ストが上昇し、このため、そのコスト低減が要望されて
いた。

本発明は上記従来の課題に鑑みて為されたものであり、
その目的は、広いダイナミックレンジの確保およびコス
トの低減が可能となる回路を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明にかかる回路は次の
ように構成されている。

第１図において超音波信号（超音波反射信号）は回路１
０−１．　１０−２・−・１０−ｎ　（同図においては
ｎ＝４）に与えられ、その結果、ビット幅が比較的狭い
（同図においては８ビツト）のデジタル値へ、相異なる
ゲインで、各々変換される。

これら回路１０−１．　１０−２・・−１０−ｎから出
力されたデジタル値は回路１２へ与えられ、それらデジ
タル値のうち、オーバーフローが生じていない最大のも
のが、外部の指示にしたがって回路１２で選択される。

［作用］ 本発明では、相異なるゲインでＡ／Ｄ変換を行なう出力
ビツト幅の比較的狭い回路１０−１．　１０−２・・・
１０−ｎへアナログの超音波信号が並列に人力されるの
で、各回路１０−１．１０−２・・中１０−ｎのダイナ
ミックレンジが互いにレベルシフトしたものとなる。

また、回路１０−１．１０−２参赤φ１０−ｎから出力
されたデジタル値のうち、オーバーフローの生じていな
いものの最大値が回路１２において選択されるので、本
回路のダイナミックレンジは回路１０−１．１０−２・
・１１１０−ｎの出力選択で動的に最適なものへ切り替
えられる。

また、Ａ／Ｄ変換の精度は出力が選択された回路１０−
１．１０−２・・・１０−ｎのビット幅で定まる。

［実施例］ 以下、Ｉ！ＩＩに基づいて本発明にかかる回路の好適な
実施例を説明する。

第１図には超音波診断装置で使用される第１実施例が示
されており、超音波反射信号（超音波診断装置の探触子
ユニットが受信）はＡ／Ｄ変換素子８０−１と増幅器１
４−１とに人力される。

そして、増幅器１４−１の出力はＡ／Ｄ変換素子８０−
２と増幅ｉｌｌ　４−２とに与えられ、増幅器１４−１
の出力はＡ／Ｄ変換素子８０−３と増幅器１４−３とに
与えられる。

さらに、増幅器１４−３の出力はＡ／Ｄ変換素子８０−
４に与えられ、Ａ／Ｄ変換素子８０−４の出力はＡ／Ｄ
変換８０−１．８０−２．８０−３の出力とともにマル
チプレクサ１２へ与えられる。

そのマルチプレクサ１２ではＡ／Ｄ変換素子８０−１．
８０−２．８０−３．８０−４が出力したデジタル値の
いずれかが選択され、その選択は外部の指示にしたがっ
て行なわれる。

ここで、増幅器１４−１．１４−２．１４−３では人力
された超音波反射信号が４＠に各々増幅されており、し
たがって、増幅倍率が１．　４．　１６．６４とされた
超音波反射信号がＡ／Ｄ変換素子８０−１．８０−２．
８０−３．８０−４へ各々入力される。

また、Ａ／Ｄ変換索子８０−１．８０−２．８０−３．
８０−４には、出力のビット幅が８ビツトと比較的狭く
、前記の高速サンプリングが可能となるもの、が使用さ
れている。

本実ｙＥ例は以上の構成からなり、以下その作用を第２
図により説明する。

同図（Ａ）において、Ａ／Ｄ変換素子８０−１の各出力
ビットは記号ＡＯ，Ａ１．　　Ａ２．　　Ａ３゜Ａ４．
Ａ５．Ａ６．Ａ？で、Ａ／Ｄ変換素子８゜−２の各出力
ビットは記号ＢＯ，Ｂｌ、　　Ｂ２．　　Ｂ３、Ｂ４．
Ｂ５．Ｂ６．Ｂ７で、Ａ／Ｄ変換素子８０−３の各出力
ビットは記号ＣＯ，Ｃ１，Ｃ２゜Ｃ・３．Ｃ４，Ｃ５，
ＣＢ、Ｃ７で、Ａ／Ｄ変換素千８０−４の各出力ビット
は記号ＤＯ，Ｄｌ、　　Ｄ２、Ｄ３．Ｄ４．Ｄ５．ＤＢ
、Ｄ７で、各々示されている（第１図参＠）。

また同図（Ｂ）、　　（Ｃ）、　　（Ｄ）、　　（Ｅ）
、において、マルチプレクサ１２に外部から与えられる
指示信号の両ビットは記号Ｓｏ、Ｓｌで示されている。

さらに同図（Ｂ）、　　（Ｃ）、　　（Ｄ）、　　（Ｅ
）において、マルチプレクサ１２の各出力ビットが記号
Ｅ１．　Ｂ２．　Ｅａ、　Ｂ４．　　Ｂ５．　　Ｅａ、
　Ｂ７゜Ｅ８＋　　Ｂ９．Ｅａ、Ｅｂ＋　　Ｅｃ、Ｅｄ
で示されており、マルチプレクサ１２の出力ビツト幅は
１４ビツトとなる。

ここで同図（Ｂ）のように、ビットＳｔが”０ビツトＳ
Ｏが”０”となる指示が外部からマルチプレクサ１２に
与えられると、Ａ／Ｄ変換変換日子８０の出力したデジ
タル値がマルチプレクサ１２で選択される。

そして同図（Ｃ）のように、ピッ）Ｓｌが”０ピツ）Ｓ
Ｏが”１”の指示が与えられた場合には、Ａ／Ｄ変換素
子８０−２の出力したデジタル値が選択される。

また同１！ｌ　（Ｄ）のように、ビットＳｔが”ｌ”ビ
ットＳＯが”０”の指示が与えられた場合には、Ａ／Ｄ
変換素子８０−３の出力したデジタル値が選択される。

さらに同図（Ｅ）のように、ビットＳｌが”１”、ビッ
トＳが”１”の指示が与えられた場合には、Ａ／Ｄ変換
素子８０−４の出力したデジタル値が選択される。

ただし増幅器１４−１．１４−２．１４−３で超音波反
射信号が４倍に増幅されるので、Ａ／Ｄ変換素子８０−
２．８０−３．８０−４の出力したデジタル値は、同図
（Ｂ）、　　（Ｃ）、　　（Ｄ）。

（Ｅ）から理解できるように、上位側から２ビツトずつ
シフトされて出力される。

以上のように、増幅器１４−１．１４−２．１４−３が
設けられたので、Ａ／Ｄ変換素子８〇−１，８０−２，
８０−３，８０−４のゲインが順に異なり、したがって
、それらＡ／Ｄ変換素子８０−１．８０−２．８０−３
．８０−４のダイナミックレンジは逐次レベルシフトさ
れたものとなる。

モしてＡ／Ｄ変換素子８０−１．８０−２．８０−３．
８０−４の出力したデジタル値を任意に選択できるので
、超音波反射１言号に対するダイナミックレンジを自由
に切り替えることが可能となる。

このため、Ａ／Ｄ変換素子８０−１．８０−２゜８０−
３．８０−４の出力したデジタル値のうち、オーバーフ
ローの生じていない最大のものを選択すれば、人力の超
音波反射信号に対して十分なダイナミックレンジを確保
でき、また、Ａ／Ｄ変換出力のビット幅が８ビツトであ
ることから、精度の高いデジタル値が得られる。

ざらに、Ａ／Ｄ変換素子８０−１．８０−２゜８０−３
．８０−４に出力が８ビツト幅となるものが使用された
ので、回路の製造コストを大幅に引き下げることも可能
となる。

第３図には第２実施例が示されており、この例ではＡ／
Ｄ変換素子８０−１．８０−２．８０−３．８０−４よ
り出力されたデジタル値の選択に対する指示がマルチプ
レクサ１２ヘブライオリテイエンコーダ１６から与えら
れている。

このプライオリティエンコーダ１６にはオーバーフロー
検出回路１Ｂ−１，１８−２，１８−３゜１８−４の出
力が与えられておリミ　それらのオーバーフロー検出回
路１８−１にはＡ／Ｄ変換素子８０−１．８０−２．８
０−３．８０−４の出力したデジタル値が各々与えられ
ている。

第４図ではオーバーフロー検出回路１８−１の作用が真
理値表の形で他を代表して説明されており、同図から理
解されるように、出力のデジタル値が一定のオーバーフ
ロー範囲（この例では値１ｏｏｏｏｏｏ〜１１１１１１
）のときに検出値が”１”となり、その範囲へ達してい
ないときに”０”となる。

第５図ではプライオリティエンコーダ１６の作用が真理
値表の形で説明されており、同図から理解されるように
、Ａ／Ｄ変換素子８０−１．８０−２．８０−３．８０
−４の出力したデジタル値がオーバーフロー範囲へ達し
てオーバーフロー検出回路１Ｂ−１，１８−２，１８−
３，１８−４の出力値が”０”となる毎に、それらＡ／
Ｄ変換素子８０−１．８０−２．８０−３．８０−４の
出力デジタル値が順にマルチプレクサ１２て選択される
。

このように本実施例においては、Ａ／Ｄ変換８０−１．
８０−２．８０−３．８０−４のオーバーフローが監視
されており、オーバーフローの生じていないものの最大
となるデジタル値が自動的に選択される。

なお本実施例では増幅器１４−１．１４−２゜１４−３
で各々生ずる超音波反射信号の遅れ時間Δが考慮されて
おり、このため、Ａ／Ｄ変換素子８０−１．８０−２．
８０−３の入力側に遅延線２０−１．２０−２．２０−
３が各々挿入されている。

第６図には第３実施例が示されており、この例ではＡ／
Ｄ変換素子８０−１．８０−２．８０−３．８０−４か
ら出力されたデジタル値が時系列的に順次選択される。

同図において、マルチプレクサ１２に２ビット信号の選
択指示がマルチプレクサ２２から与えられており、マル
チプレクサ２２にはゲイン設定スイッチ２４−０．２４
−１．２４−２．２４−３゜２４−４．２４−５．２４
−６．２４−７から２ビツトの設定値が与えられている そしてマルチプレクサ２２には８進カウンタ２６のカウ
ントアツプ出力が与えられており、８進カウンタ２６に
は５１２進カウンタ２８のカウントアツプ出力が与えら
れている。

さらに超音波送信に同期した信号が８道カウンタ２６お
よび５１２道カウンタ２８に供給されており、！５１２
道カウンタ２８には高周波クロックも与えられている。

第７図では本実施例の作用が説明されており、同１ｉ！
Ｉ　（Ａ）において、超音波反射信号が破線で示されて
いる。

また、同図（Ｄ）で示されるように（第６図参照）、ゲ
イン設定スイッチ２４−０．２４−１゜２４−２．２４
−３．２４−４．２４−５．２４−８．２４−７は２ビ
ット出力ＲＯ，Ｒ１，Ｒ２゜Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，
Ｒ７が各々”００””００”ＯＯ”００”０１”、′０ １”、”　１０”、”　１１”となるように予め設定さ
れている。

同１！Ｉ　（Ａ）の超音波送信が行なわれると、その送
信タイミングで８道カウンタ２Ｂ、５１２道カウンタ２
８に同期した前記信号が同図（Ｂ）のように立ち下がる
。

これにより８進カウンタ２６および５１２進カウンタ２
８がクリアされて５１２進カウンタ２８で人力クロック
のカウントが開始され、同図（Ｃ）で示されるように、
５１２道カウンタ２８がカウントアツプする毎に８道カ
ウンタ２６のカウント値がインクリメントされる。

その結果、マルチプレクサ２２では８進カウンタ２６の
出力カウント値でゲイン設定スイッチ２４−０．２４−
１．２４−２．２４−３．２４−４．２４−５．２４−
６．２４−７のスイッチ出力Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，
Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７が第７図（Ｅ）のようにマルチプレク
サ１２に対する指示として選択出力される。

このためセレクタ１２においては、第７図（Ｆ）で示さ
れるように、Ａ／Ｄ変換素子５ｏ−ｉ、　　５Ｏ−２８
０−３，８０−４の順で出力デジタル値の選択が行なわ
れ、したがってＡ／Ｄ変換レベルは第７図（Ａ）で示さ
れた太実線のように階段状に切り替わる。

その実線特性は入力レベルの点線特性に外接しており、
ゲイン設定スイッチ２４−０．２４−１゜２４−２．　
２４−３．　２４−４．　２４−５．　２４−６．２４
−７の操作でこの最適なものに予め設定される。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、アナログの超音
波信号がビット幅の比較的狭いデジタル値へ相異なるゲ
インで各々変換され、それらデジタル値からオーバーフ
ローの生じていない最大のものが選択されるので、広い
ダイナミックレンジを確保しながら製造コストを引き下
げることが可能となる。

ンコーダの作用説明図、 第６図は第３実施例の構成説明図、 第７図は第３実施例の作用説明図、 第８図は従来回路の構成説明図、 第９図は従来回路の作用説明図、 である。

１２・・・マルチプレクサ、 １４−１．　１４−２．　１４−３　・　・　・増幅器
、８０−１．８０−２．８０−３．８０−４・・・Ａ／
Ｄ変換素子。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１実施例の構成説明図、 第２１！Ｉは第１実施例の作用説明図、第３図は′ｓ２
実施例の構成説明図、 第４図は第２実施例におけるオーバーフロー検出回路の
構成説明図、 第５図は第２実施例におけるブライオリティエ各オーバ
ーフロー検出回路の作用説明図第４図 注：×は！。 ０を問わないことを示す 従来回路の構成説明図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 アナログの超音波信号をビット幅が比較的狭いデジタル
   値へ相異なるゲインで各々変換する複数の回路（１０−
   １、１０−２・・・１０−ｎ）と、前記各回路（１０−
   １、１０−２・・・１０−ｎ）より出力されたデジタル
   値のうちオーバーフローが生じていない最大の値を外部
   から与えられた指示に従って選択する回路（１２）と、 を有する、ことを特徴とする超音波信号のＡ／Ｄ変換回
   路。