JPH0550942B2 - - Google Patents

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JPH0550942B2
JPH0550942B2 JP63019783A JP1978388A JPH0550942B2 JP H0550942 B2 JPH0550942 B2 JP H0550942B2 JP 63019783 A JP63019783 A JP 63019783A JP 1978388 A JP1978388 A JP 1978388A JP H0550942 B2 JPH0550942 B2 JP H0550942B2
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JP
Japan
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frequency
signal
circuit
ultrasonic
output
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Takeshi Mochizuki
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Aloka Co Ltd
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

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、特に複数個の振動子
を配列した探触子にて電子フオーカス円行い、超
音波ビームを被検体内に放射し、反射エコーを処
理して被検体内の断層像などの情報を画像表示す
る超音波診断装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to an ultrasonic diagnostic device, and particularly an ultrasonic diagnostic device that performs an electronic focus circle using a probe in which a plurality of transducers are arranged, and emits an ultrasonic beam into a subject. The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus that processes reflected echoes and displays information such as tomographic images inside a subject.

[従来の技術] 近年では、超音波診断装置として被検体内を電
子走査する装置が多く用いられており、第10図
に示されるように、被検体内の任意点Fに対して
焦点を結ぶように振動子群のそれぞれの振動子1
0に遅延時間を持たせた励振制御をする電子フオ
ーカス技術が周知である。この電子フオーカス制
御にて得られる超音波ビームは、複数個の振動子
から発せられた複数の超音波の合成波(2次波)
であり、振動子群の各振動子10からのそれぞれ
の超音波が互いに干渉し合つて焦点位置において
干渉が最大となる合成波となつている。
[Prior Art] In recent years, devices that electronically scan the inside of a subject have been widely used as ultrasonic diagnostic devices, and as shown in FIG. Each oscillator 1 of the oscillator group is
Electronic focus technology that performs excitation control with a delay time at 0 is well known. The ultrasound beam obtained by this electronic focus control is a composite wave (secondary wave) of multiple ultrasound waves emitted from multiple transducers.
The ultrasonic waves from each transducer 10 of the transducer group interfere with each other to form a composite wave with maximum interference at the focal position.

そして、複数の振動子10から成る振動子群に
て形成された超音波は生体内の反射体にて反射さ
れエコー信号として受信されるが、この場合にも
超音波ビーム形成に用いた各振動子10にて反射
エコーを遅延時間をもつて受信する。
The ultrasonic waves formed by the transducer group consisting of a plurality of transducers 10 are reflected by a reflector inside the living body and received as an echo signal, but in this case as well, each vibration used to form the ultrasonic beam The reflected echo is received at the child 10 with a delay time.

このようにして、振動子群の各振動子10にて
得られたエコー信号が合成されると、フオーカス
点F位置の情報を持つた超音波受信信号となる。
In this way, when the echo signals obtained by each transducer 10 of the transducer group are combined, an ultrasonic reception signal having information on the position of the focus point F is obtained.

一方、点F以外からのエコー信号も前記と同じ
位相制御を受け、かなりの勢力を持つ合成波とな
る場合がある。これをサイドローブによるエコー
信号という。
On the other hand, echo signals from points other than point F are also subjected to the same phase control as described above, and may become a composite wave with considerable force. This is called an echo signal due to side lobes.

更に、電子フオーカス制御にて得られた超音波
ビームを被検体の深さ方向と振動子配列方向に複
数回走査することにより、被検体内をBモードな
どで画像表示することができ、電子フオーカス制
御にて超音波ビームを鋭くすればするほど、鮮鋭
度の高い画像を得ることが可能となる。
Furthermore, by scanning the ultrasonic beam obtained by electronic focus control multiple times in the depth direction of the object and in the direction of the transducer arrangement, it is possible to display images inside the object in B mode, etc. The sharper the ultrasonic beam is controlled, the more sharp the image can be obtained.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、被検体の焦点位置近傍に強い反
射体が存在すると、この強い反射体による擬似エ
コー(アーチフアクト)が生じ、焦点位置からの
信号にサイドローブによる不要エコー信号が混入
する。そうすると、擬似エコーにより実際に存在
しない反射体があたかも存在するかのように画像
表示され、不鮮明な画像が形成される。
[Problems to be Solved by the Invention] However, if there is a strong reflector near the focal position of the subject, a false echo (artifact) will occur due to this strong reflector, and unnecessary echo signals due to side lobes will be added to the signal from the focal position. is mixed in. In this case, an image is displayed as if a reflector that does not actually exist is present due to the pseudo echo, and an unclear image is formed.

近年では、このようなサイドローブによる不要
エコー信号を減らすために振動子の数を増やす傾
向にあるが、この方法では振動子数を倍にして
も、原理的に6dBの改善が最大である。また、こ
の振動子を増やす方法は回路が複雑化するととも
に、振動子群を収納する探触子の大きさの点でも
限界があり、製造コストもかかるという問題があ
る。
In recent years, there has been a trend to increase the number of transducers to reduce unnecessary echo signals caused by such sidelobes, but with this method, even if the number of transducers is doubled, the maximum improvement in principle is 6 dB. Further, this method of increasing the number of transducers has the problem that the circuit becomes complicated, there is a limit in the size of the probe that accommodates the group of transducers, and manufacturing costs are increased.

発明の目的 本発明は前記従来の課題に鑑みなされたもので
あり、その目的は、擬似エコー発生の原因となる
サイドローブによる不要エコー信号を著しく低減
することのできる超音波診断装置を提供すること
にある。
Purpose of the Invention The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and its purpose is to provide an ultrasonic diagnostic apparatus that can significantly reduce unnecessary echo signals due to side lobes that cause the generation of pseudo echoes. It is in.

[課題を解決するための手段] 前記目的を達成するために、本発明は、配列さ
れた複数個の超音波振動子であつて、所定周波数
の超音波を送受波して、複数の受信信号を並列的
に出力する超音波振動子群と、電子フオーカスを
行うために、焦点位置から前記各超音波振動子ま
での距離に応じて、前記各受信信号に遅延を与え
るフオーカス用遅延回路と、前記所定周波数より
高いサンプリング周波数で、前記フオーカス用遅
延回路から出力された各受信信号をサンプルホー
ルドするサンプルホールド回路と、前記焦点位置
以外からのエコー成分を空間周波数成分として抽
出するために、前記サンプルホールド回路から並
列的に出力された複数の信号を前記超音波振動子
の配列順で揃えてシリアルに出力する空間周波数
変換回路と、前記空間周波数変換回路から出力さ
れた信号のうち、前記所定周波数付近の成分を通
過させ、前記空間周波数成分を除去するフイルタ
と、前記フイルタから出力された信号を前記サン
プリングの周期で積分する積分回路と、を備えた
ことを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention includes a plurality of arrayed ultrasonic transducers, which transmit and receive ultrasonic waves of a predetermined frequency to generate a plurality of received signals. a focus delay circuit that delays each of the received signals according to the distance from the focal position to each of the ultrasonic transducers in order to perform electronic focusing; a sample hold circuit that samples and holds each received signal output from the focus delay circuit at a sampling frequency higher than the predetermined frequency; a spatial frequency conversion circuit that serially outputs a plurality of signals output in parallel from the hold circuit in the order in which the ultrasonic transducers are arranged; It is characterized by comprising a filter that passes nearby components and removes the spatial frequency component, and an integrating circuit that integrates the signal output from the filter at the sampling period.

すなわち、本発明は、所定点の焦点位置(フオ
ーカス位置)から来るエコー信号が振動子群のど
の振動子をとつて見てもその振幅は同一である
が、焦点以外の位置から来るエコー信号の振幅は
同一ではなく、振動子群全体で見れば、空間周波
数を持つているという点に着目したものである。
That is, in the present invention, the amplitude of the echo signal coming from the focal position of a predetermined point is the same no matter which transducer in the transducer group is used, but the amplitude of the echo signal coming from a position other than the focal point is the same. The focus is on the fact that the amplitude is not the same, but when looking at the whole group of oscillators, it has a spatial frequency.

例えば、第11図に示されるように、焦点位置
が遠方に存在する場合を考えると、その焦点位置
の近側方からの不要エコー信号が角度θの方向か
ら振動子10に入力する場合には、その不要エコ
ー信号波は振動子配列方向から角度θの線100
の位置で揃つた波となる。従つて、n個の振動子
10で得られた受信信号に対し、電子フオーカス
を行うと、焦点位置からのエコー信号の場合は、
ある時刻でサンプルホールドした波形の各々の振
動子からの信号の振幅が一定である。しかし、角
度θの方向から入力される不要エコー信号の場合
は波形200で示されるサンプルホールドした波
形の振幅に変動が生じ、n個の振動子全体で得ら
れた信号を振動子の配列順で並べると空間周波数
を有する信号が形成されることになる。
For example, as shown in FIG. 11, if the focal point is located far away, if an unnecessary echo signal from near the focal point is input to the transducer 10 from the direction of the angle θ, then , the unnecessary echo signal wave is located at a line 100 at an angle θ from the transducer array direction.
The waves become aligned at the position. Therefore, when electronic focusing is performed on the received signals obtained by n transducers 10, in the case of an echo signal from the focal position,
The amplitude of the signal from each vibrator of the waveform sampled and held at a certain time is constant. However, in the case of an unnecessary echo signal input from the direction of angle θ, the amplitude of the sampled and held waveform shown by waveform 200 fluctuates, and the signals obtained from all n transducers are arranged in the order in which the transducers are arranged. When juxtaposed, a signal having a spatial frequency will be formed.

そして、この空間周波数のある信号を受信信号
から除去すれば、不要エコー信号を良好に取り除
くことができる。
If this signal with a certain spatial frequency is removed from the received signal, unnecessary echo signals can be effectively removed.

前記の空間周波数を数式で説明する。超音波を
連続波cos ω0tとし、振動子10−nを原点と
すれば、この原点の電圧がsin ω0t1のとき、振動
子10−nらx1の距離だけ離れた振動子10−6
での電圧は、 cos(2πl/λ+ω0t1) …(1) となる。ただし、l=x1sinθ,λは超音波の波長
とする。
The above spatial frequency will be explained using a mathematical formula. If the ultrasonic wave is a continuous wave cos ω 0 t and the origin is the transducer 10-n, then when the voltage at this origin is sin ω 0 t 1 , the transducer 10-n is separated by a distance of x 1 . 10-6
The voltage at is cos(2πl/λ+ω 0 t 1 )...(1). However, l=x 1 sin θ, λ is the wavelength of the ultrasonic wave.

また、時刻t1でのX軸上の電圧分布g(x,t1
は次式で表せる。
Also, the voltage distribution on the X axis at time t 1 g (x, t 1 )
can be expressed by the following formula.

g(x,t1)=cos(2πsinθ/λx+ω0t1) ;o≦x≦aのとき 又は、 g(x,t1)=0 ;その他のとき …(2) この空間電圧分布関数g(x,t1)をTd時間で
高速に読み出したとすると、時間軸上の波形とな
り、次式で表すことができる。
g(x, t 1 )=cos(2πsinθ/λx+ω 0 t 1 ); when o≦x≦a, or g(x, t 1 )=0; in other cases...(2) This spatial voltage distribution function g If (x, t 1 ) is read out at high speed in T d time, it becomes a waveform on the time axis, which can be expressed by the following equation.

g(t,τj) =cos2πf0(D/CTdsinθ・t+τj) …(3) ただし、τj≦t<τj+1、Dは振動子の開口、 Td=τj+1−τj、Cは音速、f0は超音波
の周波数とする。
g(t, τ j ) = cos2πf 0 (D/CT d sinθ・t+τ j ) …(3) However, τ j ≦t<τ j+1 , D is the aperture of the vibrator, Td=τ j+1 − τ j and C are the speed of sound, and f 0 is the frequency of the ultrasonic wave.

従つて、時間Tdごとにエコー信号をサンプル
し、それぞれの電圧分布波形を転送したときの時
間波形f(t)[曲線200]は、 f(t)=j=0 …(4) で表せる。
Therefore, the time waveform f(t) [curve 200] when the echo signal is sampled every time T d and each voltage distribution waveform is transferred is: f(t)= j=0 …(4) It can be expressed as

[作用] 以上のような構成によれば、超音波周波数(キ
ヤリア周波数)を3.5MHzとすると、例えば10M
Hzのサンプリング周波数にて焦点位置からのエコ
ー信号がサンプリングされることになる。そし
て、サンプリングされた各振動子ごとのエコー信
号は時間軸上に順次読み出されることとなり、こ
の読出しはサンプリング周期ごとに繰り返し行わ
れる。これにより、焦点位置からのエコー信号に
ついては大きな影響を受けないが、焦点位置以外
からのサイドローブによる不要エコー信号につい
ては、キヤリア周波数よりもかなり高い空間周波
数信号が現れることになる。
[Operation] According to the above configuration, if the ultrasonic frequency (carrier frequency) is 3.5MHz, for example, 10M
The echo signal from the focal position will be sampled at a sampling frequency of Hz. Then, the sampled echo signals for each vibrator are sequentially read out on the time axis, and this readout is repeated at every sampling period. As a result, echo signals from the focal position are not significantly affected, but unnecessary echo signals due to side lobes from positions other than the focal position appear as spatial frequency signals considerably higher than the carrier frequency.

次に、時間軸上に順次読み出された前記信号は
キヤリア周波数信号のみを通過させるフイルタに
供給され、このフイルタにて前記空間周波数信号
が除去されることになる。
Next, the signals read out sequentially on the time axis are supplied to a filter that passes only the carrier frequency signal, and the spatial frequency signal is removed by this filter.

[実施例] 以下、図面に基づいて本発明の好適な実施例を
説明する。
[Embodiments] Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described based on the drawings.

第1図には、本発明の第1実施例である超音波
診断装置の特徴的部分の概略構成が示され、第2
図には、超音波診断装置の全体構成が具体的に示
されている。
FIG. 1 shows a schematic configuration of characteristic parts of an ultrasonic diagnostic apparatus according to a first embodiment of the present invention, and a second embodiment of the present invention is shown in FIG.
The figure specifically shows the overall configuration of the ultrasonic diagnostic apparatus.

第2図において、被検体12には探触子14が
当接され、この探触子14内の振動子群から電子
フオーカス制御された超音波ビームが被検体12
に向けて放射される。この超音波ビームの放射制
御はスキヤナ16にて行われており、このスキヤ
ナ16には送信回路18と高周波発振器20が接
続されている。
In FIG. 2, a probe 14 is brought into contact with the subject 12, and a group of transducers within the probe 14 emit an ultrasonic beam with electronic focus to the subject 12.
radiated towards. Radiation control of this ultrasonic beam is performed by a scanner 16, to which a transmitting circuit 18 and a high frequency oscillator 20 are connected.

従つて、高周波発振器20から出力された高周
波は送信回路18により、例えば3.5MHzの周波
数(キヤリア周波数)で所定の周期で繰り返され
る繰返しパルス信号とされ、この所定繰返しの高
周波パルス信号はスキヤナ16を介して探触子1
4に供給されることになり、このスキヤナ16の
制御により超音波ビームを被検体12に走査する
ことができる。
Therefore, the high frequency output from the high frequency oscillator 20 is converted into a repetitive pulse signal which is repeated at a predetermined period at a frequency of 3.5 MHz (carrier frequency), for example, by the transmitting circuit 18, and this high frequency pulse signal having a predetermined repetition is sent to the scanner 16. Transducer 1 through
4, and by controlling this scanner 16, the object 12 can be scanned with the ultrasonic beam.

そして、被検体12から反射されたエコーは探
触子14内の振動子10により受信され、スキヤ
ナ16を介して電子フオーカス用遅延回路22に
供給される。この電子フオーカス用遅延回路22
では、受信の際に焦点位置からの信号のみを受信
するための遅延制御が行われており、探触子14
内の各振動子10のそれぞれの入力信号に対して
焦点位置までの距離に対応する遅延時間を与え
る。なお、この電子フオーカス用遅延回路22の
動作はタイミング発生回路24の出力300に基
づいている。
The echo reflected from the subject 12 is received by the transducer 10 within the probe 14 and supplied to the electronic focus delay circuit 22 via the scanner 16. This electronic focus delay circuit 22
At the time of reception, delay control is performed to receive only the signal from the focal position, and the probe 14
A delay time corresponding to the distance to the focal position is given to each input signal of each vibrator 10 in the oscillator 10. Note that the operation of this electronic focus delay circuit 22 is based on the output 300 of the timing generation circuit 24.

本発明において特徴的なことは、サイドローブ
による不要エコー信号を空間周波数を持つ信号に
変換し、この信号をエコー信号(受信信号)から
除去するようにしたことであり、このために空間
周波数フイルタ部26を設けており、これについ
ては後述する。
The characteristic feature of the present invention is that the unnecessary echo signal due to the side lobe is converted into a signal with a spatial frequency, and this signal is removed from the echo signal (received signal).For this purpose, a spatial frequency filter is used. A section 26 is provided, which will be described later.

そして、前記空間周波数フイルタ部26の出力
は対数増幅器28により所定率にて対数増幅さ
れ、検波器30を介してデジタル・スキヤン・コ
ンバータ(DSC)32に供給される。このDSC
32は、超音波情報をCRT表示器34に画像表
示するための信号処理を行つており、これにより
被検体12の断層像などをチラツキ等を防止した
良好な状態で表示することができる。
The output of the spatial frequency filter section 26 is logarithmically amplified by a logarithmic amplifier 28 at a predetermined rate, and is supplied to a digital scan converter (DSC) 32 via a detector 30. This DSC
32 performs signal processing for displaying ultrasound information as an image on the CRT display 34, thereby making it possible to display a tomographic image of the subject 12 in a good condition without flickering or the like.

第1図には、空間周波数フイルタ部26の内部
構成が示されているが、図において、まず探触子
14内にはn個、実施例では64個の振動子10が
配列されており、電子フオーカス用遅延回路22
内には前記振動子10の数に対応するn個(64
個)の遅延線36が設けられている。この遅延線
36は焦点位置Fからの距離に対応した遅延量を
各振動子10に与え、焦点位置Fからのエコー信
号のみを受信するようにしており、図では焦点位
置Fから遠い1番目の振動子10から近い振動子
10へ順に遅延量を多くしている。
FIG. 1 shows the internal configuration of the spatial frequency filter section 26. In the figure, first, n pieces of transducers 10, 64 pieces in the embodiment, are arranged inside the probe 14. Electronic focus delay circuit 22
There are n pieces (64
) delay lines 36 are provided. This delay line 36 gives each vibrator 10 a delay amount corresponding to the distance from the focal position F, so that only the echo signal from the focal position F is received. The amount of delay is increased in order from the vibrator 10 to the vibrator 10 closest to it.

そして、本発明の特徴的な構成要件である空間
周波数フイルタ部26には、前記遅延線36の出
力である被検体12内の所定点(図ではF点)の
信号をサンプルリングするサンプリング回路が設
けられるが、実施例ではこの回路としてサンプル
ホールド器38が用いられる。このサンプルホー
ルド器38は、タイミング発生回路24の出力3
01に基づいて、例えば10MHzの周波数の逆数の
周期で所定の時間だけゲート回路を開けて信号を
取り込み、Δtの時間、信号をホールドしている。
The spatial frequency filter unit 26, which is a characteristic component of the present invention, includes a sampling circuit that samples the signal at a predetermined point (point F in the figure) in the subject 12, which is the output of the delay line 36. However, in the embodiment, a sample and hold device 38 is used as this circuit. This sample hold device 38 is connected to the output 3 of the timing generation circuit 24.
01, for example, the gate circuit is opened for a predetermined period of time at a period of the reciprocal of the frequency of 10 MHz, a signal is taken in, and the signal is held for a period of Δt.

また、このサンプルホールド器38からのそれ
ぞれの出力を振動子配列順で揃えてTd期間内に
シリアルで読み出す遅延線40と、この遅延線4
0からの出力を加算する加算器42とが設けら
れ、この遅延線40と加算器42により、サイド
ローブによる不要エコー信号を空間周波数のある
信号に変換する空間周波数変換回路を構成する。
Additionally, there is a delay line 40 for aligning the respective outputs from the sample and hold device 38 in the order of the transducer arrangement and serially reading them out within the Td period, and this delay line 4
The delay line 40 and the adder 42 constitute a spatial frequency conversion circuit that converts an unnecessary echo signal due to a side lobe into a signal with a spatial frequency.

すなわち、各サンプルホールド器38の出力
は、遅延線40により前記ホールド時間Δtだけ
遅延させた後に加算することにより、各振動子1
0で得られた焦点位置Fのエコー信号を時間軸上
に順次読み出して並べることができる。そうする
と、焦点位置Fからのエコー信号はキヤリア周波
数を基準にすれば何ら変化のない信号となるが、
同時に取り込まれるサイドローブによる不要エコ
ー信号は空間周波数を有する信号となる。なお、
前記遅延線40は、入力信号を所定時間記憶保持
する記憶回路で代用することも可能である。
That is, the output of each sample and hold device 38 is delayed by the hold time Δt by the delay line 40, and then added, so that the output of each vibrator 1 is
The echo signals of the focal position F obtained at 0 can be sequentially read out and arranged on the time axis. In this case, the echo signal from the focal position F will be a signal that does not change at all based on the carrier frequency, but
Unnecessary echo signals due to side lobes captured at the same time become signals having a spatial frequency. In addition,
The delay line 40 can also be replaced by a storage circuit that stores and holds the input signal for a predetermined period of time.

更に、前記加算器42には前記空間周波数信号
を除去するフイルタとして帯域通過フイルタ44
が接続されており、この帯域通過フイルタ44
は、第3図に示されるような中心周波数f0
3.5MHzであるフイルタ特性を有している。従つ
て、これにより7MHz以上の周波数成分は除去さ
れることになる。
Further, the adder 42 includes a band pass filter 44 as a filter for removing the spatial frequency signal.
is connected, and this bandpass filter 44
is the center frequency f 0 as shown in Fig. 3.
It has filter characteristics of 3.5MHz. Therefore, this means that frequency components of 7MHz or higher are removed.

第4図には、キヤリア信号400と空間周波数
信号401とが概念的に示されている。ここで、
横軸は時間であり、縦軸は電圧である。
FIG. 4 conceptually shows a carrier signal 400 and a spatial frequency signal 401. here,
The horizontal axis is time and the vertical axis is voltage.

キヤリア信号は、3.5MHzの正弦波として表さ
れており、空間周波数信号は、それより高い周波
数の正弦波として表されている。従つて、この高
周波信号である空間周波数信号は、エコー信号を
前記超音波キヤリア周波数3.5MHzを中心周波数
とする帯域通過フイルタ44を通過させることに
より除去することが可能となる。第12図には、
遅延線40の一方側からの出力信号が具体的に示
されている。ここで、301は、不要なエコーが
生じていない場合の出力波形であり、矩形波とな
つている。
The carrier signal is represented as a 3.5 MHz sine wave, and the spatial frequency signal is represented as a higher frequency sine wave. Therefore, the spatial frequency signal, which is a high frequency signal, can be removed by passing the echo signal through the band pass filter 44 whose center frequency is the ultrasonic carrier frequency of 3.5 MHz. In Figure 12,
The output signal from one side of delay line 40 is specifically shown. Here, 301 is an output waveform when no unnecessary echo occurs, and is a rectangular wave.

この矩形波は、サンプルホールド回路38から
の各出力のレベルが同一であることに起因し、換
言すれば、電子フオーカスによつて位相が合わさ
れていることに基づいている。一方、302は、
不要なエコーの成分が重畳した場合の出力波形で
あり、図示のように、空間周波数成分が破線のよ
うに現れている。
This rectangular wave is caused by the fact that the levels of each output from the sample and hold circuit 38 are the same, in other words, the phases are matched by electronic focus. On the other hand, 302 is
This is an output waveform when unnecessary echo components are superimposed, and as shown in the figure, spatial frequency components appear as dashed lines.

本発明では、第4図からも明らかなように、各
振動子10で得られたエコー信号を時間軸上に順
次読み出しているが、従来の超音波診断装置で
は、エコー信号を64個の振動子10の出力を電圧
(縦軸)方向に加算して後の処理を行つている。
従つて、本発明では積分器46を設け、帯域通過
フイルタ44の出力を積分するようにしており、
次にこの積分器46の出力はサンプルホールド器
48にて更にサンプリングされ、第2図の対数増
幅器28に出力される。なお、前記積分器46及
びサンプルホールド器48は、タイミング発生回
路24の出力302,303に基づいて駆動され
る。
In the present invention, as is clear from FIG. 4, the echo signals obtained by each transducer 10 are sequentially read out on the time axis, but in the conventional ultrasonic diagnostic apparatus, the echo signals are read out by 64 vibrations. The output of the child 10 is added in the voltage (vertical axis) direction for subsequent processing.
Therefore, in the present invention, an integrator 46 is provided to integrate the output of the bandpass filter 44.
Next, the output of this integrator 46 is further sampled by a sample-and-hold device 48, and is output to the logarithmic amplifier 28 in FIG. Note that the integrator 46 and sample hold device 48 are driven based on the outputs 302 and 303 of the timing generation circuit 24.

第1実施例は以上の構成から成り、以下にその
作用を説明する。
The first embodiment has the above configuration, and its operation will be explained below.

焦点位置Fに向け放射された超音波は焦点位置
Fに依存する反射体から反射され、エコー信号と
して各振動子10で受信される。そして、このエ
コー信号は遅延線36にてそれぞれ所定の遅延量
が与えられ、空間周波数フイルタ部26内のサン
プルホールド器38に供給される。そうすると、
キヤリア周波数3.5MHzのエコー信号は10MHzの
サンプリング周波数でサンプリングされる。
The ultrasonic wave radiated toward the focal position F is reflected from a reflector depending on the focal position F, and is received by each transducer 10 as an echo signal. The echo signals are each given a predetermined amount of delay by a delay line 36, and are supplied to a sample and hold device 38 in the spatial frequency filter section 26. Then,
The echo signal with a carrier frequency of 3.5MHz is sampled with a sampling frequency of 10MHz.

そして、遅延線40は前記サンプルホールド器
38の出力を順次所定の遅延量(Δt)ずつずら
しながら、1番目のサンプルホールド器38から
n番目のサンプルホールド器38の順に読み出す
こととなるが、実施例では、1番目、2番目、3
番目……n番目の順にサンプルホールド器38か
ら信号を読み出すと同時に、n番目、n−1番
目、n−2番目……1番目の順にサンプルホール
ド器38の出力を読み出すようにしている。そう
すると、加算器42からは、両側から読み出され
た信号が加算された信号が出力され、この出力に
は、超音波ビームを左右に振る走査を行つている
ことから、片側から読み出された場合よりも空間
周波数が顕著に現れることとなる。
Then, the delay line 40 reads out the output of the sample and hold device 38 in order from the first sample and hold device 38 to the nth sample and hold device 38 while sequentially shifting the output by a predetermined delay amount (Δt). In the example, the 1st, 2nd, 3rd
At the same time, the signals are read out from the sample-and-hold device 38 in the order of the n-th, . Then, the adder 42 outputs a signal that is the sum of the signals read from both sides, and this output includes the signals read from one side because the ultrasonic beam is scanned left and right. The spatial frequency will appear more prominently than in the case of

このようにして、加算器42にてn=64個の信
号が時間軸上に並べられることとなり、この走査
はサンプル周期ごとに行われており、焦点位置F
からのエコー信号は、第4図の波形401に示さ
れるような信号となる。同時に、前記サンプルホ
ールド器38から加算器42までの処理にて抽出
された空間周波数の信号は、第4図の波形402
で示される信号となる。
In this way, n=64 signals are arranged on the time axis by the adder 42, and this scanning is performed every sampling period, and the focus position F
The echo signal from is a signal as shown in waveform 401 in FIG. At the same time, the spatial frequency signal extracted by the processing from the sample and hold unit 38 to the adder 42 has a waveform 402 in FIG.
The signal is shown as .

そして、加算器42の出力を帯域通過フイルタ
44に供給することにより、キヤリア周波数信号
(超音波周波数信号)401のみが取り出され、
空間周波数信号402は取り除かれることとな
る。この場合、キヤリア周波数信号401は加算
器42の出力の段階では矩形波であつたが、帯域
通過フイルタ44を通過することにより角のとれ
た正弦波に近い信号となる。
Then, by supplying the output of the adder 42 to the band pass filter 44, only the carrier frequency signal (ultrasonic frequency signal) 401 is extracted.
Spatial frequency signal 402 will be removed. In this case, the carrier frequency signal 401 is a rectangular wave at the output stage of the adder 42, but after passing through the band pass filter 44, it becomes a signal close to a rounded sine wave.

そして、帯域通過フイルタ44の出力は積分器
46に入力され、ここで従来の64個の振動子10
における電圧信号の加算に相当する積分が行わ
れ、この積分器46から出力される信号における
電圧分布波形の指示特性は第7図に示されるもの
となる。図において、縦軸は信号レベル、横軸は
配列された振動子群の中心位置から振動子列に垂
直に引いた中心線上に焦点があると考え、この中
心線上からみたサイドローブの角度を示してい
る。
The output of the bandpass filter 44 is then input to an integrator 46, where the conventional 64 oscillators 10
Integration corresponding to the addition of the voltage signals in is performed, and the indicating characteristic of the voltage distribution waveform in the signal output from the integrator 46 becomes as shown in FIG. In the figure, the vertical axis is the signal level, and the horizontal axis is the angle of the sidelobe seen from the center line, assuming that the focal point is on the center line drawn perpendicular to the transducer row from the center position of the arrayed transducer group. ing.

ここで、本発明の前記指示特性を説明する前
に、従来装置で得られた電圧分布波形の指示特性
と、本発明において帯域通過フイルタ44を用い
ずに加算器42の出力を積分器46にて直接積分
した場合の電圧分布波形の指示特性とを比較す
る。
Here, before explaining the indication characteristics of the present invention, we will explain the indication characteristics of the voltage distribution waveform obtained with the conventional device and the output of the adder 42 to the integrator 46 without using the bandpass filter 44 in the present invention. Compare the indicated characteristics of the voltage distribution waveform when directly integrated.

第5図には、従来方式、例えば周波数が3.5M
Hz、振動子数が32個、振動子間ピツチ(d)が
0.5mmの場合の指示特性が示され、第6図には、
実施例において帯域通過フイルタ44を取り除い
た場合の積分器46の出力の指示特性が示されて
いる。そして、この第5図と第6図の両者を比較
すると、その指示特性はほぼ同一の特性となつて
おり、これにより、各振動子10で得られたエコ
ー信号をサンプルホールドして所定の遅延時間に
て順次読み出しその後に積分した場合でも、従来
方式と同じ信号処理を行えることが証明される。
Figure 5 shows the conventional method, for example, the frequency is 3.5M.
Hz, the number of oscillators is 32, and the pitch (d) between the oscillators is
The indicating characteristics in the case of 0.5 mm are shown in Figure 6.
The indication characteristic of the output of the integrator 46 is shown when the bandpass filter 44 is removed in the embodiment. Comparing both Fig. 5 and Fig. 6, it is found that the indicating characteristics are almost the same, and as a result, the echo signals obtained from each transducer 10 are sampled and held, and a predetermined delay is applied. It is proven that the same signal processing as the conventional method can be performed even when reading out sequentially over time and then integrating.

次に、第7図の指向特性は、サンプリング周期
Tdを125n(ナノ)secとし、帯域通過フイルタ4
4を中心周波数3.5MHzのガウス型フイルタとし
た場合のものである。この第7図と第5図を比較
すれば明らかなように、振動子列の中心線から所
定角度離れた位置のサイドローブは最大20dBも
抑圧されている。
Next, the directional characteristics in Figure 7 are based on the sampling period
Td is 125n (nano) sec, band pass filter 4
4 is a Gaussian filter with a center frequency of 3.5MHz. As is clear from a comparison between FIG. 7 and FIG. 5, the side lobe at a position a predetermined angle away from the center line of the transducer array is suppressed by a maximum of 20 dB.

この20dBの抑制を従来方式で達成しようとす
ると、振動子数を10倍にしなければならず、これ
は事実上不可能である。なお、第7図では30度〜
60度の範囲でサイドローブの角度が大きくなれば
なる程、信号レベルが高くなつているが、実際に
は振動子配列間隔dを調整して図の60度にあるサ
イドローブが90度以上の部分にずれるように設計
されるので、前記サイドローブの信号レベル上昇
は問題とはならない。
Attempting to achieve this 20 dB suppression using conventional methods would require increasing the number of transducers ten times, which is virtually impossible. In addition, in Figure 7, the angle is 30 degrees ~
The larger the sidelobe angle in the 60 degree range, the higher the signal level, but in reality, by adjusting the transducer array spacing d, the side lobe at 60 degrees in the figure becomes larger than 90 degrees. Since the design is such that the signal level of the side lobe increases does not become a problem.

本発明では、10MHzの速い速度でエコー信号を
サンプリングすることから、デジタル処理する場
合には高速処理可能なA/D変換器などが必要で
あり、他の演算も高速で処理しなければならな
い。そこで、現在のところエコー信号を低周波数
帯に落として処理することが好ましく、次にこれ
に関する第2、第3実施例を説明する。
In the present invention, since the echo signal is sampled at a high speed of 10 MHz, digital processing requires an A/D converter capable of high-speed processing, and other calculations must also be processed at high speed. Therefore, it is currently preferable to process the echo signal by reducing it to a low frequency band, and next, second and third embodiments related to this will be described.

第8図には、ヘテロダイン方式を用いた第2実
施例が示されており、遅延線36と空間周波数フ
イルタ部26との間に、ミキサ50と低域通過フ
イルタ52をそれぞれn個接続する構成とする。
そして、ミキサ50にて超音波パルス波の中心周
波数と異なつた周波数の信号であつて、正弦波
(余弦波)や矩形波のローカル信号をエコー信号
に掛け合わせれば、エコー信号を中間周波数に落
とすことができ、これを低域通過フイルタ52に
通過させることによりエコー信号のキヤリア周波
数3.5MHzを1MHz以下に直すことができる。
FIG. 8 shows a second embodiment using the heterodyne system, in which n mixers 50 and n low-pass filters 52 are connected between the delay line 36 and the spatial frequency filter section 26. shall be.
Then, by multiplying the echo signal by a local signal of a sine wave (cosine wave) or a rectangular wave, which is a signal with a frequency different from the center frequency of the ultrasonic pulse wave, in the mixer 50, the echo signal is reduced to an intermediate frequency. By passing this through the low-pass filter 52, the carrier frequency of the echo signal, 3.5 MHz, can be reduced to 1 MHz or less.

第9図には、直交検波方式を用いた第3実施例
が示されており、2個の空間周波数フイルタ部2
6a,26bを設け、この空間周波数フイルタ部
26a,26bと遅延線36との間に2個のミキ
サ54a,54b(それぞれn個ずつ)と2個の
低域通過フイルタ56a,56b(それぞれn個
ずつ)を接続する構成とする。そして、ミキサ5
4aには余弦波(cos)信号とされたローカル信
号を、ミキサ54bには前記ローカル信号と90度
位相の異なる正弦波(sin)信号とされたローカ
ル信号を供給し、これらのローカル信号をエコー
信号と掛け合わせれば、第2実施例と同様にエコ
ー信号を低周波数の信号に落とすことができる。
この場合、空間周波数フイルタ部26a,26b
の出力は複素信号の実数部と虚数部との関係とな
り、これら出力は両者を合わせ、複素信号として
後の処理が行われることになる。
FIG. 9 shows a third embodiment using the orthogonal detection method, in which two spatial frequency filter sections 2
6a, 26b are provided, and two mixers 54a, 54b (n each) and two low pass filters 56a, 56b (n each) are provided between the spatial frequency filter sections 26a, 26b and the delay line 36. ). And mixer 5
4a is supplied with a local signal as a cosine wave (cos) signal, and mixer 54b is supplied with a local signal as a sine wave (sin) signal with a phase difference of 90 degrees from the local signal, and these local signals are echoed. By multiplying the echo signal by the signal, the echo signal can be reduced to a low frequency signal as in the second embodiment.
In this case, the spatial frequency filter sections 26a, 26b
The output is the relationship between the real part and the imaginary part of the complex signal, and these outputs are combined and processed later as a complex signal.

この第2、第3実施例によれば、空間周波数フ
イルタ部26でのサンプリングが行いやすくな
り、A/D変換器などのハードウエアの設計が容
易になるという利点がある。
According to the second and third embodiments, there is an advantage that sampling in the spatial frequency filter unit 26 can be easily performed, and that hardware such as an A/D converter can be easily designed.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、エコー
信号を超音波周波数より高い周波数でサンプリン
グし、各振動子で得られたサンプリング信号を所
定の遅延時間ずつ遅らせ時間軸上に順次読み出す
ことにより、所定点以外の反射体からの不要エコ
ー信号を空間周波数のある信号に変換するように
したので、焦点位置からのエコー信号と焦点位置
以外からの不要エコー信号を良好に分離すること
ができ、これによりサイドローブによる不要信号
を良好に除去することが可能となる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, an echo signal is sampled at a frequency higher than the ultrasonic frequency, and the sampling signal obtained by each transducer is delayed by a predetermined delay time on the time axis. By reading out sequentially, unnecessary echo signals from reflectors other than the predetermined points are converted into signals with spatial frequency, so the echo signals from the focal position and unnecessary echo signals from other than the focal position can be well separated. This makes it possible to effectively remove unnecessary signals due to side lobes.

従つて、擬似エコーの発生がなくなり、鮮鋭度
の高い超音波診断画像を得ることが可能となる。
Therefore, the occurrence of false echoes is eliminated, and it becomes possible to obtain ultrasonic diagnostic images with high sharpness.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明に係る超音波診断装置の第1実
施例を示す概略構成図、第2図は本発明に係る超
音波診断装置の全体構成図、第3図は本発明の帯
域通過フイルタのフイルタ特性を示すグラフ図、
第4図は空間周波数フイルタ部の加算器出力を説
明する波形図、第5図は従来の装置にて受信処理
したエコー信号における電圧分布波形の指示特性
を示す図、第6図は本発明において帯域通過フイ
ルタを用いずに受信処理したエコー信号における
電圧分布波形の指示特性を示す図、第7図は本発
明装置にて受信処理したエコー信号における電圧
分布波形の指示特性を示す図、第8図はヘテロダ
イン方式を用いた第2実施例を示す概略構成図、
第9図は直交検波方式を用いた第3実施例を示す
概略構成図、第10図は配列振動子と焦点位置F
との関係を示す説明図、第11図はサイドローブ
による不要エコー信号と空間周波数信号との関係
を示す説明図、第12図は遅延線40の出力を示
す波形図である。 10……振動子、16……スキヤナ、18……
送信回路、20……高周波発振器、22……電子
フオーカス用遅延回路、26……空間周波数フイ
ルタ部、28……対数増幅器、36,40……遅
延線、38,48……サンプルホールド器、42
……加算器、44……帯域通過フイルタ、46…
…積分器、50,54a,54b……ミキサ、5
2,56a,56b……低域通過フイルタ。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention, FIG. 2 is an overall configuration diagram of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention, and FIG. A graph showing the filter characteristics of
FIG. 4 is a waveform diagram explaining the adder output of the spatial frequency filter section, FIG. 5 is a diagram showing the indication characteristic of the voltage distribution waveform in the echo signal received and processed by the conventional device, and FIG. 6 is the waveform diagram in the present invention. FIG. 7 is a diagram showing the indication characteristics of the voltage distribution waveform in the echo signal received and processed without using a bandpass filter. FIG. 7 is a diagram showing the indication characteristic of the voltage distribution waveform in the echo signal received and processed by the apparatus of the present invention. The figure is a schematic configuration diagram showing a second embodiment using a heterodyne system,
Fig. 9 is a schematic configuration diagram showing the third embodiment using the orthogonal detection method, and Fig. 10 shows the array transducer and the focal position F.
11 is an explanatory diagram showing the relationship between unnecessary echo signals due to side lobes and spatial frequency signals, and FIG. 12 is a waveform diagram showing the output of the delay line 40. 10... vibrator, 16... skyana, 18...
Transmission circuit, 20... High frequency oscillator, 22... Electronic focus delay circuit, 26... Spatial frequency filter section, 28... Logarithmic amplifier, 36, 40... Delay line, 38, 48... Sample hold device, 42
... Adder, 44 ... Bandpass filter, 46 ...
...Integrator, 50, 54a, 54b...Mixer, 5
2, 56a, 56b...Low pass filter.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 配列された複数個の超音波振動子であつて、
所定周波数の超音波を送受波して、複数の受信信
号を並列的に出力する超音波振動子群と、 電子フオーカスを行うために、焦点位置から前
記各超音波振動子までの距離に応じて、前記各受
信信号に遅延を与えるフオーカス用遅延回路と、 前記所定周波数より高いサンプリング周波数
で、前記フオーカス用遅延回路から出力された各
受信信号をサンプルホールドするサンプルホール
ド回路と、 前記焦点位置以外からのエコー成分を空間周波
数成分として抽出するために、前記サンプルホー
ルド回路から並列的に出力された複数の信号を前
記超音波振動子の配列順で揃えてシリアルに出力
する空間周波数変換回路と、 前記空間周波数変換回路から出力された信号の
うち、前記所定周波数付近の成分を通過させ、前
記空間周波数成分を除去するフイルタと、 前記フイルタから出力された信号を前記サンプ
リングの周期で積分する積分回路と、 を備えたことを特徴とする超音波診断装置。 2 請求項1記載の装置において、送波される超
音波パルスの中心周波数と異なつた周波数をもつ
信号を前記受信信号に掛けることにより、受信信
号の中心周波数を低周波数に変換するヘテロダイ
ン方式の回路を、前記サンプルホールド回路に前
段に設けたことを特徴とする超音波診断装置。 3 請求項1記載の装置において、送波される超
音波パルスの中心周波数と同一の周波数であつて
90度位相のずれた2個の信号を受信信号に掛けて
直交検波し、受信信号を低周波数の複素信号に変
換する回路を、前記サンプルホールド回路の前段
に設け、複素信号処理することを特徴とする超音
波診断装置。
[Claims] 1. A plurality of arranged ultrasonic transducers,
A group of ultrasonic transducers that transmit and receive ultrasonic waves of a predetermined frequency and output a plurality of received signals in parallel; , a focus delay circuit that delays each received signal; a sample hold circuit that samples and holds each received signal output from the focus delay circuit at a sampling frequency higher than the predetermined frequency; a spatial frequency conversion circuit that aligns the plurality of signals output in parallel from the sample hold circuit in the order in which the ultrasonic transducers are arranged and outputs them serially in order to extract the echo component of the ultrasonic transducer as a spatial frequency component; a filter that passes components around the predetermined frequency and removes the spatial frequency components of the signal output from the spatial frequency conversion circuit; and an integration circuit that integrates the signal output from the filter at the sampling period. An ultrasonic diagnostic device characterized by comprising the following. 2. The apparatus according to claim 1, wherein a heterodyne circuit converts the center frequency of the received signal to a lower frequency by multiplying the received signal by a signal having a frequency different from the center frequency of the transmitted ultrasonic pulse. An ultrasonic diagnostic apparatus characterized in that: is provided upstream of the sample hold circuit. 3. In the device according to claim 1, the frequency is the same as the center frequency of the transmitted ultrasonic pulse;
A circuit that multiplies two signals with a phase difference of 90 degrees to the received signal, performs orthogonal detection, and converts the received signal into a low-frequency complex signal is provided in the preceding stage of the sample and hold circuit, and complex signal processing is performed. Ultrasonic diagnostic equipment.
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