JPH02246943A - 超音波診断装置用ａ／ｄ変換装置 - 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、超音波診断装置に用い、受信信号をデジタル
化して処理する超音波診断装置用Ａ／Ｄ変換装置に関す
るものである。

従来の技術 最近、超音波診断装置は医療診断等の分野で盛んに利用
されるようＫなってきた。この従来の超音波診断装置と
しては、例えば「超音波診断」（日本超音波医学会編集
、医学書院発行）の第１章３−３「デジタル技術と画像
処理」に記載されているように、被検体からの受信信号
をデジタル化し、デジタル信号として画像処理や信号処
理を行うようにした構成が知られている。このようにデ
ジタル信号として処理を行うことにより、全体をアナロ
グ方式で処理していた従来の超音波診断装置に比べて画
質の大幅な向上を図ることができるようＫなってきた。

発明が解決しようとする課題 しかし、上記従来例では、被検体からの受信信号を直接
アナログ／デジタル変換（Ａ／Ｄ変換）するため、超音
波信号特有の広いダイナミックレンジの必要性から桁数
の大きいＡ／Ｄ変換器でないと有効ビット数が得られに
くいという課題を有していた。この課題を以下に更に詳
しく説明する。

超音波診断装置の超音波トランスデユーサによる受信信
号のうち、被検体の浅い部位からの反射信号の強度は数
百ｍＶｐｐに達するが、深い部位からの反射信号の強度
は１　ｍ　Ｖｐｐ以下にもなシ、６０ｄＢ以上の反射信
号強度の変化がある。Ａ／Ｄ変換器は、通常Ｉ　Ｖ、、
程度が入力フルケースであるので、浅い部位からの反射
信号で飽和させないためには、受信信号をほとんど増幅
することができない。このため、深い部位からの受信信
号は１ｍ■ｐｐと小さいため、Ａ／Ｄ変換器が例えば８
ビツトであれば、最少ビットが約８ｍＶに対応し、１ビ
ツトの分解能以下（有効桁数０桁）となシ、実質的な有
効桁数が得られない。

以上のような問題から、受信信号を一部アナログ対数回
路で振幅のダイナミックレンジを圧縮した後、Ａ／Ｄ変
換器に加える方法もあるが、データに多くの歪が入り、
後のデジタル信号処理の障害となる。したがって、従来
においては、深い部位からの反射信号の有効桁数を得る
ためには、１２ビツトや１６ビツト分解能のＡ／Ｄ変換
器が必要となるが、数ＭＨｚにも達する受信信号をＡ／
Ｄ変換することができるＡ／Ｄ変換器は高価であり、ま
た、大型となり、実用上の問題が大きかった。

本発明は、上記のような従来例の課題を解決するもので
、実用的な低いビット数の汎用のＡ／Ｄ変換器によシ広
いダイナミックレンジの超音波受信信号でも有効桁数を
保持したＡ／Ｄ変換を行うことができるようにした超音
波診断装置用Ａ／Ｄ変換装置を提供し、また、高周波の
受信信号でもＡ／Ｄ変換時間を一致させ、データに誤差
が生じるのを防止することができるようにした超音波診
断装置用Ａ／Ｄ変換装置を提供することを目的とするも
のである。

課題を解決するための手段 上記目的を達成するための本発明の技術的解決手段は、
超音波トランスデユーサで受信した同一の受信信号を異
なる複数の増幅率で増幅する複数の増幅手段と、各増幅
率の受信信号を並列にＡ／Ｄ変換する複数のＡ／Ｄ変換
器と、この複数のＡ／Ｄ変換器の中で飽和していないＡ
／Ｄ変換器のデジタルデータを電子的に選択し、Ａ／Ｄ
変換器のデータ長より大きいデータ長のデータに変換す
るデータ変換器とを具備したものである。

また、上記複数のＡ／Ｄ変換器のＡ／Ｄ変換タイミング
が同一の信号遅延時間になるように設定する遅延手段を
備えたものである。

作用 したがって、本発明によれば、浅い部位からの大きな振
幅の受信信号は小さい増幅率の増幅手段を通してＡ／Ｄ
変換器によ、ＤＡ／Ｄ変換することにより、飽和しない
デジタルデータを得ることができ、深い部位からの小さ
な振幅の受信信号は大きい増幅率の増幅手段を通してＡ
／Ｄ変換器によＦ）ＡＩＤ変換することによシ有効桁数
を保ってデジタル化したデータを得ることができ、これ
らのデジタルデータをデータ変換器によυ電子的に再編
成してデータ長の大きいデータとして出力することがで
きる。

また、遅延手段により上記複数のＡ／Ｄ変換器において
同一の信号遅延時間でＡ／Ｄ変換することができる。

実施例 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。

まず、本発明の第１の実施例について説明する。

第１図は本発明の第１の実施例における超音波診断装置
用Ａ／Ｄ変換装置を示すブロック図である。

第１図において、１は超音波トランスデー−サであり、
被検体に対して超音波パルスを送信し、被検体から反射
信号を受信する。２は第１のアンプでｈｖ、超音波トア
ランスデエーサ１で受信した信号を増幅する。３は第２
のアンプであシ、第１のアンプ２の出力の一部を更に１
６倍に増幅する。

４は第３のアンプであり、第２のアンプ３の出力の一部
を更に１６倍に増幅する。５．６．７は第１、第２、第
３のＡ／Ｄ変換器であシ、それぞれ第１、第２、第３の
アンプ２．３．４によシ増幅した受信信号をＡ／Ｄ変換
する。これら第１、第２、第３のＡ／Ｄ変換器５．６．
７は８ビット程度の汎用モノリシックＩＣで良い。８は
データ変換器であり、上記第１、第２、第３のＡ／Ｄ変
換器５．６．７のうち、飽和していないＡ／Ｄ変換器５
、若しくは６、若しくは７のＡ／Ｄ変換データを選択し
、電子的にデータ長の大きいデータに変換する。

上記構成において、以下、その動作について説明する。

超音波トランスデユーサ１からの受信信号は第１のアン
プ２によシ増幅され、第１のＡ／Ｄ変換５によ！５Ａ／
Ｄ変換される。このとき、第１のアンプ２の増幅率が小
さく、被検体の浅い部位からの強い反射信号でも第１の
Ａ／Ｄ変換器５が飽和しないように設定される。第１の
アンプ２の出力の一部は第２のアンプ３で更に１６倍に
増幅され、第２のＡ／Ｄ変換器６により上記と同様にＡ
／Ｄ変換される。第２のアンプ３の出力の一部は第３の
アンプ４で更に１６倍に増幅され、第３のＡ／Ｄ変換器
７によシ上記と同様にＡ／Ｄ変換される。

上記各Ａ／Ｄ変換器５．６．７で得られたデジタルデー
タはデータ変換器８に入る。データ変換器８は未飽和な
Ａ／Ｄ変換器５．６．７のデジタルデータのうちで最も
有効桁数の多いデジタルデータによシ変換データ９を電
子的なデジタル信号処理によシ作成して出力する。

上記データ変換器８の処理動作について第２図の処理動
作説明図を参照しながら更に詳細に説明する。

第２図において、Ａは第３のＡ／Ｄ変換器７のデジタル
データを示す８ビツトデータは、Ｂは第２のＡ／Ｄ変換
器６のデジタルデータを示す８ビツトデータ、Ｃは第１
のＡ／Ｄ変換器５のデジタルデータを示す８ビツトデー
タ、Ｄはデータ変換器８の変換データ９を示す１６ビツ
トデータである。

被検体の深い部位からの反射信号は強度が弱く、３つの
Ａ／Ｄ変換器５．６．７はいずれも飽和しない。したが
って、第３のＡ／Ｄ変換器７のデジタルデータＡが最も
有効桁数が多いので、このデジタルデータＡのビット０
〜７を変換データＤのビットＯ〜７に対応させ、変換デ
ータＤのビット８〜１５にはＯを挿入する（ただし、ビ
ット１５が上位ピットでビット０が下位ピットである。

）。信号強度が増して第３のＡ／Ｄ変換器７が飽和した
場合、すなわちデジタルデータＡのピッ）Ｏ〜７がすべ
て１になった場合には、第２のＡ／Ｄ変換器６のデジタ
ルデータＢのビット０〜７を変換データＤのビット４〜
１１に対応させ、変換データＤのビットＯ〜３および１
２〜１５にはＯを挿入する。

更に信号強度が増して第２のＡ／Ｄ変換器６も飽和した
場合、すなわちデジタルデータＢのビット０〜７がすべ
て１になった場合には、第１のＡ／Ｄ変換器５のデジタ
ルデータＣのビット０〜７を変換データＤのビット８〜
１５に対応させ、変換データＤのビットＯ〜７には０を
挿入する。上述のように切り換えても第２と第３のアン
プ３．４の増幅率を正確に１６倍にしてあれば、デジタ
ルデータの不連続は発生しない。また、Ａ／Ｄ変換器７
．６の飽和の判定については、Ａ／Ｄ変換器からオーバ
ーフロー信号が出力されている場合には、この信号を利
用してもよい。

以上の動作により８ビツトの汎用Ａ／Ｄ変換器５．６．
７により１６ビツトのデジタルデータを得ることが可能
となシ、入力信号に対するダイナミックレンジの大幅な
拡大が可能となる。また、第３のＡ／Ｄ変換器７のデジ
タルデータから第２のＡ／Ｄ変換器６のデジタルデータ
Ｂに切シ換える時と、第２のＡ／Ｄ変換器６のデジタル
データＢから第１のＡ／Ｄ変換器５のデジタルデータＣ
に切シ換える時に有効桁数が低下するが、その時でも最
低４ビツトの有効桁が得られ、超音波画像データとして
は十分である。

なお、上記第１の実施例では、３個のＡ／Ｄ変換器５．
６．７を並列動作させる場合について説明したが、更に
入力信号のダイナミックレンジを拡大する場合には、増
幅器とＡ／Ｄ変換器の数を増加すればよい。また、第２
、第３のアンプ３．４の増幅率を１６倍以外の２倍数に
設定すれば、各Ａ／Ｄ変換器７．６．５の切シ換えの際
のデジタルデータの移動桁数が変化し、最終的に必要な
有効桁数に合わせて設定することができる。また、上記
実施例では、８ビツトのＡ／Ｄ変換器５．６．７を使用
した場合について説明したが８ビツト以外でも可能なこ
とは当然である。

次に本発明め第２の実施例について説明する。

第３図は本発明の第２の実施例における超音波診断装置
用Ａ／Ｄ変換装置を示すブロック図である。

本実施例においては、第１図に示す上記第１の実施例と
同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、異な
る構成について説明する。本実施例においては、第３図
に示すように第１のアンプ２と第１のＡ／Ｄ変換器５の
間に第１の遅延器ＩＯが挿入され、第２のアンプ３と第
２のＡ／Ｄ変換器６の間に第２の遅延器１１が挿入され
ている。

以上の構成において、以下、その動作について説明する
。

第１図に示す上記第１の実施例では、第２のアンプ３、
第３のアンプ４は有限の信号の伝播時間があるため、信
号の遅延を生ずる。このため、入力信号の周波数が高い
場合には、各Ａ／Ｄ変換器５．６．７でＡ／Ｄ変換する
時間関係が異なシ、デジタルデータに誤差を生じる。こ
れを防止するため、本実施例では、実効的なＡ／Ｄ変換
時間を合わせるため、第１と第２の遅延器１０と１１に
よりアナログ信号の送出を遅延する。すなわち第１の遅
延器１０は第２のアンプ３と第３のアンプ４の遅延時間
の合計時間、第１のアンプ２から第１のＡ／Ｄ変換器５
に対する出力信号の送出を遅延し、第２の遅延器１１は
第３のアンプ４の遅延時間と同じ時間、第２のアンプ３
から第２のＡ／Ｄ変換器６に対する出力信号の送出を遅
延する。

このような構成によシ、高周波の入力信号でも変換時間
が一致し、データに誤差が生じるのを防止することがで
きる。

なお、上記第２の実施例のように遅延器１０．１１によ
シアナログ信号の送出を遅延させるのに代え、Ａ／Ｄ変
換器５．６．７の変換トリガ入力信号のトリガ信号を上
述の遅延時間に対応して遅延させることも可能である。

要するに各Ａ／Ｄ変換器５．６．７で実効的なＡ／Ｄ変
換時間が同一になるように、アナログ信号、またはデジ
タルのトリガ信号の遅延を行なえば良い。

また、上記第１、第２実施例とも、多数個の増幅率の異
なるアンプを全部用いず、一部は抵抗減衰器等で信号を
公文して増幅率の異なる信号を複数個作成しても良いこ
とは当然である。

発明の効果 以上述べたように本発明によれば、浅い部位からの大き
な振幅の受信信号は小さい増幅率の増幅手段を通してＡ
／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換することにより、飽和しな
いデジタルデータを得ることができ、深い部位からの小
さな振幅の受信信号は大きい増幅率の増幅器を通してＡ
／Ｄ変換器によＦ）ＡＩＤ変換することにより有効桁数
を保ってデジタル化したデータを得ることができ、これ
らのデジタルデータをデータ変換器によシミ予約に再編
成してデータ長の大きなデータとして出力することがで
きる。したがって、広いダイナミックレンジの受信信号
を有効桁数を取ｐながら汎用のＡ／Ｄ変換器でデジタル
化することが可能となる。

また、遅延手段によシ上記複数のＡ／Ｄ変換器において
同一の信号遅延時間でＡ／Ｄ変換することができ、高周
波の受信信号でもＡ／Ｄ変換時間を一致させ、データに
誤差が生じるのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における超音波診断装置
用Ａ／Ｄ変換装置を示すブロック図、第２図は上記第１
の実施例におけるデータ変換器のデータ処理動作説明図
、第３図は本発明の第２の実施例における超音波診断装
置用Ａ／Ｄ変換装置を示すブロック図である。 １・・・超音波トランスデユーサ、２．３．４・・・ア
ンプ、５．６．７・・・Ａ／Ｄ変換器、８・・・データ
変換器、１Ｏ１１１・・・遅延器。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　ほか１名第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）超音波トランスデューサで受信した同一の受信信
   号を異なる複数の増幅率で増幅する複数の増幅手段と、
   各増幅率の受信信号を並列にＡ／Ｄ変換する複数のＡ／
   Ｄ変換器と、この複数のＡ／Ｄ変換器の中で飽和してい
   ないＡ／Ｄ変換器のデジタルデータを電子的に選択し、
   Ａ／Ｄ変換器のデータ長より大きいデータ長のデータに
   変換するデータ変換器とを具備した超音波診断装置用Ａ
   ／Ｄ変換装置。
2. （２）複数のＡ／Ｄ変換器のＡ／Ｄ変換タイミングが同
   一の信号遅延時間になるように設定する遅延手段を備え
   た請求項１記載の超音波診断装置用Ａ／Ｄ変換装置。