JPH0380840A - 超音波診断装置の信号処理方式 - 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］ この発明は超音波診断装置の信号処理方式、特にＣＷド
プラ機能を有するフェーズドアレイ方式の超音波装置に
おけるイメージングとＣＷドプラとの共存に関する。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］従来、
ＩＦ方式を採用したフェーズドアレイ方式の超音波診断
装置にはその付帯機能としてＣＷドプラの機能を有する
ものがある。そして、そのＣＷドプラもやはりＩＦ方式
のまま実行されている。ＣＷドプラでは、常時送波が行
われており、目的領域へ至るまでの音線上又は比較的ゆ
るやかに限定されたクロスセクション内のクラッタを全
て同時に受信してしまうので、信号系のダイナミックレ
ンジ（以下Ｄレンジという）に制約が生じる。一方、Ｉ
Ｆ方式は、初段の増幅器はまだしも、それに続くミキサ
及びＩＦ整相加算系がこのＤレンジの限界を決めること
になり、ＲＦ方式の場合よりも不利になる。

ところで、ベースバンド方式の場合には、０ｗドプラを
行うときには各ミキサの直後で直流ないし低域を遮断す
ることで“クラッタ抜き″ができるので、整相加算系に
Ｄレンジ上の負担を及ぼすことが少い。また、ベースバ
ンド方式のフェーズドアレイＣＷドプラにおいては、そ
の整相加算をオーディオ頭載で位相のみの処理で行うこ
とができる点でも有利である。

一方、イメージングという立場からは、ＩＦ方式は特に
ディジタル方式ビームフォーマ−を用いれば有益である
ことが実証されている。即ち、Ａ／Ｄ変換器に最高の性
能のものを要求されることもなく、市販のもので適切な
ものを見つけることができ、かつ、ベースバンド方式の
ようには用意すべきチャンネル数が倍になったり（同相
ｉ１直交ｑの２成分を必要）することもなく、また直流
オフセットや１／ｆノイズに悩まされることもない等の
良さを有する。

ベースバンド方式は、先にのべたＣＷドプラのときに各
ミキサー（１エレメント毎にｉ、ｑ２ヶ必要）の直後で
直流カットを行うことができるという点以外はとんどす
べての点でＩＦ方式より不利である。ベースバンド方式
が有利だったのは、Ａ／Ｄ変換器やディジタル信号処理
系の処理速度や諸パーフォマンスが限られていた時代ま
でであり、現在は必ずしも有利とはいえない状況にある
。

この発明は、かかる状況に鑑みてなされたものであり、
エコーイメージングにおける（含２次元ＭＴＩ・・・カ
ラードプラ）ＩＦ方式の有利さと、前述の特殊な条件下
におけるベースバンド方式の特長とを両立させた超音波
診断装置の信号処理方式を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る超音波診断装置の信号処理方式は、送信
モードがパルスエコー送受信の場合にはＩＦ方式により
受波ビームフォーミングを行い、ＣＷドプラの場合には
ベースバンド方式により受波ビームフォーミングを行う
ようにしたものである。

［作　用］ この発明においては、ＣＷドプラの場合にはベースバン
ド方式により受波ビームフォーミングを行うので、ＣＷ
ドプラの時のＤレンジ又はビームフォーマ−内での飽和
の問題が回避される。

［実施例１ 第１図はこの発明の一実施例に係る超音波診断装置の構
成を示すブロック図である。探触子（１）は送波ドライ
バアレイ（２）からの高圧パルスにより駆動され、超音
波を生体に投射する。送波ドライバアレイ（２）は送波
デイレイマツプ（３）から出力されるトリガパルスによ
りトリガされる。送波デイレイマツプ（３〉は送波形発
生器（４）より駆動され、送波形発生器（４）は送波ト
リガ回路（５）、クロック発生器（６）及び送波キャリ
ア発生器（７）からの信号に基づいて制御される。

探触子（１）は生体からの反射波を電気信号に変換して
初段増幅器（１０）、　（１１）に与える。初段増幅器
（１０）、　　（１１）を経由したエコー信号は、切り
替えスイッチ（１２）を介してミキサー（１３）、　（
１４）に入力される。

このとき、切り替えスイッチ（１２）、　　（１５）が
イメージ側に切り替えられている場合には、全ての探触
子（１）の各々の振動子に対応した初段増幅器（１０）
、　　（１１）の出力がそれぞれミキサー（１３）、　
　（１４）に入力し、更に局部発振器（１６）からの所
定周波数の信号が人力する。そして、ミキサー（１３）
、　（１４）では両者の中間周波数信号（以下ＩＦ倍信
号いう）を求めて出力する。　また、切り替えスイッチ
（１２＞、　　（１５）がＣＷドプラ側に切り替えられ
ている場合（図示の状態）には、探触子（（）の半分の
振動子（１ｂ）に対応した初段増幅器（１１）の出力の
みがミキサー（１３）、　（１４）に人力する。すなわ
ちミキサー（１３）、　（１４）にはそれぞれ初段増幅
器（１１）の出力が人力される。更に、送波キャリア発
生器（７）から互いに９０°位相の異なる参照波を入力
し、入力エコー信号から送信スペクトルに対するドプラ
信号のみを取り出す。

ミキサー（１３）、　（１４）の出力は、フィルタ（１
７）。

（ｔ８）及びＡ／Ｄコンバータ（１９ｙ、　（２０）を
介してディジタル・ビーム・フォーマとしての演算機能
を有するディジタル信号処理装置（２１）に入力される
。

そして、ディジタル信号処理装置（２１）において例え
ば可聴周波数のドプラ信号（ドプラＡＦ信号）に変換さ
れ、Ｄ／Ａ変換器（２２）を介してスピーカ（２３）に
送られ、可聴音としてモニタされる。また、周波数分析
器（２４）に送られて分析され、その結果は画像表示装
置（２５）にて表示される。

次に、イメージングのモードで動作する場合について説
明する。ここでは切り替えスイッチ（１２）。

（Ｉ５）がイメージング側に切り替えられているものと
する。

送波ドライバアレイ（２）からの高圧パルスが探触子（
１）の全ての振動子に印加されて超音波信号を生体に投
射し、生体からの反射波を探触子（１）がそれぞれ受信
して電気信号に変換し、その受信信号は初段増幅器（１
０）、　（１１）で増幅される。そして、初段増幅器（
１０）、　（１１）の出力はそれぞれミキサー（１３）
、　（１４）に人力し、またミキサー（１３）、　（１
４）には発振器（１Ｂ）から例えば４．２ＭＨｚの信号
が人力して、両信号のミキシングが行われてＩＦ倍信号
取り出される。このＩＦ倍信号例えば直流〜１．４ＭＨ
ｚの範囲の信号となる。

この探触子（１）の全ての振動子（ｌａ）（ｌｂ）の各
々に対応したＩＦ倍信号それぞれフィルタ（１７）、　
（１８）に入力される。このフィルタ（１７）、　　（
［１）は例えば７０Ｈｚ〜１．４ＭＨ２のバンドパスフ
ィルタであり、その周波数範囲の成分が取り出され、直
流成分はカットされる。ＩＦ方式ではイメー・ジング時
にも、ミキサー（１ａ）、　　（１４）の後の直流結合
は必要ないから、もともとＡ／Ｄ変換器（１９）、　（
２０）に至るまでの間に直流カットが入りっ放しでも支
障はない。

フィルタ（１７）、　（１８）の出力はＡ／Ｄ変換器（
１９）。

（２０）に入力して、そこでディジタル信号に変換され
る。この例では直流〜１．４ＭＨｚのＩＦ倍信号Ａ／Ｄ
変換器（１９）、　（２０）に入力するので、例えばサ
ンプリングレートを５〜６Ｍｆ（ｚ、分解能８〜ｌ０ｂ
ｉｔにすればよい。Ａ／Ｄ変換器（１９）、　（２０）
の出力はディジタル信号処理回路（２１〉に入力され、
そこで方位角、焦点等を決めつつ位相合成されたドプラ
出力を得る。

次に、ＣＷドプラのモードで動作する場合について説明
する。ここでは、切り替えスイッチ（１２）。

（１５）がＣＷドプラ側に切り替えられているものとす
る。

ＣＷドプラのモードにおいては、探触子（１〉の半数の
振動子（ｌａ）を送波のために用いて、受波のために残
りの半数の振動子（１ｂ〉を使う。従って、振動子（ｌ
ｂ）の受信信号は初段増幅器（１１）で増幅され、その
出力はミキサー（１３）、　（１４）に入力される。

例えば増幅器（ｌｌａ）の出力は切り替えスイッチ（１
２）を介してミキサー（１３ａ）に入力されると共に、
ミキサー（１４ａ）に入力される。ミキサー（１３ａ）
には増幅器（ｌｌａ）の出力の他に送波キャリア発生器
（７）から９０°相の参照波が人力され、両信号がミキ
シングされる。ミキサー（１４ａ）には増幅器（１１ａ
）の出力の他に送波キャリア発生器（７）からＯ。

相の参照波が人力され、両信号がミキシングされる。こ
のようにミキサー（１３ａ）　、　（１４ａ）でそれぞ
れミキシングされた信号は、それぞれフィルタ（１７ａ
）　、　（１８ａ）及びＡ／Ｄ変換器（１９ａ）　、　
（２０ａ）を介してディジタル信号処理装置（２１）に
入力されて、入力エコー信号から送信スペクトルに対す
るドプラ信号が取り出されて方位角、焦点などを決めつ
つ位相合成されたドプラ出力が得られる。

ここで、Ａ／Ｄ変換器（１９）、　（２０）はもともと
ＩＦ酸成分見合うような中庸な速度（但し、オーディオ
用と比べると遥かに高速である。）のものが用いられて
いるので、この場合、これをもって（やや不足のビット
数であっても）高次のオーバーサンプリング（例えば１
６倍）を行い、その後で丸めフィルタにかけてデシメー
ション（間引き、例えば１６：１）を行う。このデシメ
ーションの機能は、後続のディジタル信号処理回路（２
１）のディジタルフィルタ機能にプロセスゲインを得つ
つ実現する。

第２図はディジタル信号処理装置（２１）に内蔵するビ
ームフォーマの回路構成図である。

この装置がＩＦビームフォーマとして機能しているとき
には、Ａ／Ｄ変換器（１９）、　（２０）の出力はディ
ジタル移相器（３１）を構成するディジタルヒルベルト
変換器（３２）及びコンバイナー（３３〉の組合わせに
人力して、位相の整合がなされる。その後、コンバイナ
ー（３３〉の出力はそれぞれ可変遅延回路（３４）にて
所定時間遅延した後、加算合成器（３５）に入力する他
のチャネルからの信号と共に加算されて、遅延加算され
る。

一方、ＣＷドプラのモードの場合には可変遅延回路（３
４）が不要であり、ディジタルヒルベルト変換器（３２
）とコンバイナー（３３）だけで処理できる。

ただし、このときオーディオ用にも適用できるヒルベル
ト変換はサンプル区間長が長くなるが、内蔵するデシメ
ーションフィルタ（図示せず）と−緒にＤＳＰで行う、
又はそれだけアナログ的に行う等で適宜対応し得る。

［発明の効果コ 以上のようにこの発明によれば、イメージングモードの
時にはＩＦ方式で信号処理をし、ＣＷドプラモードの時
にはベースバンド方式で信号処理をするようにしたので
、ＣＷドプラモード時のＤレンジ又はビームフォーマ内
での飽和の問題が回避された状態でイメージングとＣＷ
ドプラとが共存した装置が実現される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る超音波診断装置の構
成図、第２図はディジタル信号処理回路の構成図である
。 図において、（１）は探触子、（１０）、　（１１）は
初段増幅器、（１２）は切り替えスイッチ、（１３）、
　　（１４）はミキサー　（１５）は切り替えスイッチ
、（１６）は局部発振器、（１７）、　　（１８）はフ
ィルタ、（１９）、　　（２０）はＡ／Ｄ変換器、（２
１）はディジタル信号処理回路である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＣＷドプラ機能を有するフェーズドアレイ方式の超音波
   装置の信号処理方式において、 パルスエコー送受信のモードではＩＦ方式で受波ビーム
   フォーミングを行い、ＣＷドプラのモードではベースバ
   ンド方式で受波・ビームフォーミングを行うことを特徴
   とする超音波診断装置の信号処理方式。