JPH0321182B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は例えば超音波を用いて人体内部から
の反射信号を受信して画像表示し医用診断を行う
超音波医用診断装置、特に体内反射信号周波数と
該信号の増幅器の周波数帯域との整合に関するも
のである。

［従来の技術］ 超音波医用診断装置は人間の体内へ超音波パル
スを放射し、体内各部臓器の組織ならびに組織境
界部からの超音波反射信号を受信して体内断層像
の表示を行い、各部臓器の形状と大きさならびに
組織の状態についての医用診断を行うものであ
る。

体内生体組織においては超音波の減衰及び散乱
などが発生する。特に体内組織の超音波伝播時の
減衰はその周波数に依存し、伝播距離の増加と共
に超音波パルスの高周波分の減衰が著しく、受信
信号の中心周波数が低周波域へ偏移される。その
結果体深部よりの受信信号の中心周波数は低周波
領域へ偏移されている。一方、超音波医用診断装
置は使用周波数が高くなるに従い方位及び距離分
解能が向上するので、診断部位により周波数の異
なる探触子が使われ、通常、3.5、5.0、7.5MHzの
周波数の探触子が多く用いられている。

第４図は例えば従来の超音波医用診断装置のブ
ロツク図の一例であり、図において、１は超音波
パルスの繰返し周期を決定する同期信号発生回
路、２は複数の送信回路に個別に送信タイミング
の遅延を与える送信遅延回路、３は送信遅延回路
２により送信タイミングが個別に遅延された送信
パルスを出力する複数の送信回路を備えた送信
器、４は電気−音響変換を行うｎ個の振動子が直
線状に配列された探触子、５はｎ個の振動子に個
別接続され同期信号発生回路１に同期して同時に
ｎより小さい隣接した複数の振動子を順次選択し
走査する切換器、６は体内反射信号を受信する前
置増幅器、１０は超音波パルス放射後の時間の経
過に対応した信号を出力する制御回路、１２は受
信信号を増幅する所定周波数帯域を有する増幅
器、１３は検波器、１４はビデオ増幅器、１６は
掃引発生器、１７は人体内断層像をＢモード表示
する表示回路、１８は選択された複数の振動子か
らの受信信号に個別に遅延を与え且つ遅延された
信号の加算をする遅延回路、１９は制御回路１０
出力により中心周波数ならびに周波数帯域が制御
される帯域フイルタである。

従来の電子走査型超音波医用診断装置は上記の
ように構成され、探触子４内のｎ個の振動子のう
ち隣接する複数の振動子が同時に選択され個別に
遅延制御された送信パルスにより励振される。体
内へ放射された超音波パルスは集束され所定距離
にて焦点化されたビームを形成する。

体内からの受信信号は前置増幅器６を経て遅延
回路１８にて複数の信号が個別遅延された後加算
合成され、受信時の焦点化が行われて指向性の向
上が計られ画像の方位分解能が向上する。体内反
射信号は近距離利得が小さく遠距離利得が大きく
なるような利得制御を行う増幅器１２を用いて、
伝播距離による減衰を補正して人体の浅い個所及
び体深部からの受信信号レベルが等しくなるよう
にする。然し、体内超音波伝播において、超音波
パルスの減衰はその周波数に比例し、超音波パル
スの周波数分布は基本周波数を中心とした分布と
なり、この超音波パルスが周波数に比例した減衰
を受けると中心周波数は低い方へ偏移する。この
ため受信信号の増幅回路に上記中心周波数の偏移
に一致するように、中心周波数が制御される帯域
フイルタ１９を用いＳ／Ｎのよい信号増幅が行わ
れる。帯域フイルタ１９の中心周波数ならびにそ
の周波数帯域は、超音波パルスの放射のタイミン
グに同期する制御回路１０により周期的に制御さ
れる。

第５図は帯域フイルタの回路図の一例を示し、
図において、２３は高域フイルタ、２４は低域フ
イルタ、C₁〜C₇はコンデンサ、Q₁〜Q₆はFETで
ある。上記のとおり帯域フイルタ１９は通常
FETQとコンデンサＣが多段接続され、制御回路
１０出力の周期的に変化する制御信号１及び２に
よりそれぞれのゲート電圧が制御され、FETQの
ON抵抗が変化することによりCR型フイルタの
周波数特性が制御される。

通常、超音波医用診断装置では、3.5、5.0、
7.5MHzの各種周波数が用いられるので、帯域フ
イルタ１９はこれらの周波数に適合するため複数
用いられる。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記のような従来の超音波医用診断装置では、
体内の生体組織の音響特性により伝播距離による
超音波の減衰とともに超音波周波数に比例した減
衰があり、分解能のすぐれた画像を得るため高い
周波数を用いると体内減衰が著しく、体深部から
の受信信号の信号対雑音比が劣化して診断の有効
範囲が減少する。一方、通常超音波パルスは広帯
域特性を有し基本周波数の両側に周波数成分を有
する周波数分布を示し、体内超音波伝播において
臓器などの音響インピーダンスの不整合による反
射信号は、体表より浅い個所と高周波成分の減衰
の著しい体深部からでは周波数分布が異なり、そ
の受信信号の中心周波数は低い周波数領域へ偏移
する。また、高い周波数を用いると上記中心周波
数の偏移は益々顕著になる。

帯域フイルタ１９の中心周波数の上記基本周波
数の偏移への一致が行われているが、例えば帯域
フイルタ１９はFETQとコンデンサＣの多段カス
ケード接続よりなり、所定周波数帯域ならびに中
心周波数を得るため更にCR型フイルタが多段接
続されるので受信信号の減衰が著しく、信号対雑
音比が劣化して有効範囲が制限される。各FETQ
はゲート電圧制御によるON抵抗を均一にするた
めの選別や、各段毎所定の特性を得るためFETQ
の特性に対するゲート電圧の調整が行われ、帯域
フイルタ１９の検査、調整に時間を要する。各種
基本周波数の探触子を用いるためこれら周波数に
対応して複数の帯域フイルタ１９を必要とし、フ
イルタポートの回路選択部が複雑になる。また、
増幅器１２は上記受信信号の周波数偏移に対応す
るため広帯域周波数特性を備えなければならない
という問題点があつた。

この発明はかかる問題点を解決するためになさ
れたもので、探触子４の各種周波数に対して狭帯
域特性の増幅器１２を用いて、雑音指数を改善
し、体深部からの反射信号が十分な感度で受信で
き、医用診断の有効範囲が拡大でき雑音の少い鮮
明な画像が得られる超音波医用診断装置を得るこ
とを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係る超音波医用診断装置は、超音波
パルスの放射後の時間の経過に対応した信号を出
力する制御回路と、制御回路出力により発振周波
数が制御される複数の発振器と、受信信号と複数
の発振器のうちから選択された１つの発振器出力
とにより周波数変換を行うミクサと、ミクサ出力
が入力される狭帯域特性を有する増幅器を設けた
ものである。

［作用］ この発明においては、探触子の周波数に関連し
た複数の発振器と、探触子の使用周波数に応じて
上記発振器を選択し、受信信号と発振器出力をミ
クサにて周波数変換することにより、増幅器は探
触子の周波数如何に関わらず常に一定した周波数
ならびに周波数帯域を有することになる。更に発
振周波数は超音波パルス放射のタイミングに同期
する制御信号により制御され、体内反射位置によ
り変化する受信信号周波数と整合できるのでミク
サ出力の信号周波数は体内の浅い個所及び体深部
からの反射位置に関わらず常に一定にできる。従
つて、増幅器の周波数帯域は著しく狭くでき増幅
器の雑音特性が改善され深部からの反射信号が感
度良く受信できる。

［実施例］ 本発明の一実施例を添付図面を参照して詳細に
説明する。

第１図はこの発明の一実施例を示すブロツク図
であり、図において、１〜６，１０，１２〜１７
は上記従来装置と全く同一である。７は探触子４
の周波数に関連した周波数を発振する複数の発振
器、８は反射信号周波数を発振周波数により周波
数変換を行うミクサ、９はミクサ８出力から所定
の側帯波を選択する一定周波数特性を有するフイ
ルタ、１１は制御回路１０出力により例えば可変
容量ダイオードを用いてその容量値が制御される
リアクタンス回路、Ｓ−１は発振器７を選択する
スイツチである。

上記のように構成された超音波医用診断装置に
おいて、同期信号発生回路１出力は送信遅延回路
２を経て送信器３より個別に遅延された複数のパ
ルスを出力し、切換器５にて選択された所定の探
触子４内の振動子のそれぞれを励振する。体内へ
放射された超音波パルスは体内所定位置に集束さ
れ焦点化ビームが形成される。探触子４から放射
される超音波パルスは基本周波数を中心とし各種
周波数成分より成る広帯域周波数分布を形成し、
体内伝播において超音波パルスはα＝α₀fに示さ
れるその周波数に比例して減衰される。従つて、
超音波パルスの周波数分布内の高い周波数成分の
減衰が顕著になるので見かけ上その中心周波数は
低い周波数領域へ偏移する。体内超音波伝播にお
いて生体組織の音響インピーダンスの不整合によ
る反射信号は、探触子４内の当該振動子にて受信
され前置増幅器６を経てミクサ８へ加えられる。

第２図はリアクタンス回路の一例を示し、図に
おいて、Ｄ−１は可変容量ダイオード、Ｒ−１は
バイアス調整器、＋Ｅは直流電源、超音波パルス
放射後の経過時間に応じて信号レベルを周期的に
変化させ反射信号の帰役時間に一致させる制御回
路１０の出力をリアクタンス回路へ加える。

例えばリアクタンス回路１１に可変容量ダイオ
ードＤ−１を用いると、その障壁容量は印加され
るバイアス電圧に比例して変化するので、バイア
ス調整器Ｒ−１出力の直流電圧と制御回路１０出
力との重畳により、可変容量ダイオードＤ−１の
容量値は周期的に所定範囲変化する。リアクタン
ス回路１１出力により発振器７の発振周波が制御
されると周期的に周波数変調された信号が出力さ
れ、上記周波数変化を超音波パルスの体内伝播過
程における伝播距離による中心周波数の偏移に整
合させる。

発振器７は探触子４の各種周波数に対応する複
数の発振器７より構成され、スイツチＳ−１によ
り所定の発振器７が選択される。

その他発振器７の共振回路にバラクタダイオー
ドを設けてバラクタダイオードへの印加電圧を変
えて発振周波数を調整することもできる。

ミクサ８は受信信号と発振器７出力とにより周
波数変換を行いフイルタ９により所定周波数の側
帯波を選択する。発振器７の発振周波数は反射信
号の反射位置による周波数偏移に整合されている
ので、ミクサ８の出力信号は常に一定周波数とな
りフイルタ９の周波数帯域は狭くできまた、カツ
トオフ特性も急峻なものを使用できる。従つてこ
の信号を入力とする増幅器１２の周波数帯域は狭
帯域にできる。

第３図は人体内超音波受信信号の一例を示し、
２０−１，２０−２，２０−３は体内に等間隔に
設けられた反射位置であり、例えば3.5MHzの探
触子４を用いて体内へ超音波パルスを放射したと
きの各反射位置からの受信信号周波数は下記のと
おりで発振器７の発振周波数を例えば5.5MHz〜
4.0MHzとする。反射位置 受信周波数 発振周波数 変換周波数 体表面 3.5ＭHz 5.5ＭHz 2.0ＭHz 20−１ 3.0〃 5.0〃 2.0〃 20−２ 2.5〃 4.5〃 2.0〃 20−３ 2.0〃 4.0〃 2.0〃 同様に探触子４の周波数が5.0MHz及び7.5MHz
のとき発振器７の発振周波数を例えば7.0〜4.9M
Hz及び9.5〜6.5MHzとすることによりミクサ８出
力の下側帯波周波数はそれぞれ上記の周波数と一
致させることができる。

従つて各種周波数の探触子４に対して発振器７
を選択し且つ同期信号発生回路１と同期する制御
回路１０の出力により、リアクタンス回路１１の
容量値を周期的に変化させ発振周波数を上記受信
信号の中心周波数の偏移に整合させることによ
り、ミクサ８出力の側帯波周波数帯域を常に一定
した値にできる。増幅器１２は周波数帯域が狭く
且つ一定になるので各周波数に共通に使用でき、
信号対雑音比が著しく改善され、体深部からの反
射信号も十分な感度にて受信できて医用診断の有
効範囲が著しく改善される。

更に、人体内伝播距離による超音波パルスの減
衰に対しては、対数特性又はSTC特性を備えた
増幅器１２により、距離−利得制御が行えるので
体表より浅い個所及び体深部からの反射信号レベ
ルが補正されて等しいレベルになる。

次に探触子４内の振動子は順次走査され同様に
複数の選択された振動子による送信及び受信が行
われ、振動子配列の全域に亙つて走査することに
より、画像表示の１フレーム相当の受信信号が得
られて、体内断層像表示が行える。

上記構成においても方位分解能や距離分解能は
何等損われることなく、表示画像は従来装置より
著しく信号対雑音比が優れ且つ有効範囲が拡大さ
れるので医用診断の有効範囲全域に亙り、雑音の
少い高感度、高分解能、高品位の鮮明な画像表示
が行える。

本発明はリニア及びセクタなど電子走査形の各
種診断装置に適用できる。

更に、本発明は各種周波数の探触子へ適用でき
るものであるが、単一周波数の探触子へも勿論応
用することができる。

［発明の効果］ この発明は以上説明したとおり、超音波パルス
の放射と同期する制御回路と、体内反射の受信信
号と整合して周波数が変化する複数の発振器と、
受信信号と選択された発振器とより周波数変換を
行うミクサを設ける簡単な構造により、 受信信号と各種周波数の探触子に対応する発振
器のうちから選択された発振器出力とによりミク
サ出力信号は一定した周波数となり、 更に、体内反射信号の反射位置による周波数偏
移についても超音波パルス放射のタイミングに同
期し上記周波数偏移に整合できるよう発振周波数
が制御されるので、ミクサ出力の側帯波の周波数
帯域は狭くなり、超音波パルスの周波数分布と等
しくできる。

従つて、増幅器の周波数帯域が一定になるので
各種周波数の探触子に共通に使用でき、増幅器の
周波数帯域が狭くなるので雑音出力が小さくなり
信号対雑音比が向上し、体深部からの反射信号も
同様に改善されて医用診断の有効範囲の拡大に寄
与できる。

医用診断の有効範囲の全域に亙り雑音の少い、
高感度、高分解能、高品位の鮮明画像の表示が行
える。更にリニア及びセクタ走査形の各種装置に
適用できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロツク
図、第２図はリアクタンス回路の一例、第３図は
人体内超音波反射信号の一例、第４図は従来の超
音波医用診断装置のブロツク図の一例、第５図は
帯域フイルタの回路図の一例である。 図において、１は同期信号発生回路、２は送信
遅延回路、３は送信器、４は探触子、５は切換
器、６は前置増幅器、７は発振器、８はミクサ、
９はフイルタ、１０は制御回路、１１はリアクタ
ンス回路、１２は増幅器、１３は検波器、１４は
ビデオ増幅器、１６は掃引発生器、１７は表示器
である。なお、各図中同一符号は同一または相当
部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 人体内部へ超音波パルスを放射し、体内音響
   インピーダンスの不整合による反射信号を受信し
   て体内の断層像を得る超音波医用診断装置におい
   て、 超音波パルスの放射後の時間の経過に対応した
   信号を出力する制御回路と、該制御回路出力によ
   り発振周波数が制御される複数の発振器と、受信
   信号と複数の該発振器のうちから選択された１つ
   の該発振器出力とにより周波数変換を行うミクサ
   と、該ミクサの出力が入力される所定周波数帯域
   を有する増幅器を具備することを特徴とする超音
   波医用診断装置。